碳纤维表面化学结构对其增强环氧树脂基复合材料性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟手段,构建了碳纤维氧化表面及其增强的环氧树脂基复合材料模型。系统研究了碳纤维表面含氧官能团演变与碳纤维表面张力的作用关系,构建了碳纤维的不同氧化表面增强的环氧树脂模型,并进一步升温固化,获得最终的热固性复合材料。揭示了不同碳纤维表面化学结构对复合材料的剪切、拉伸及弯曲性能的影响。研究结果表明:—C=O和—COOH的含量提升有利于碳纤维表面能的提高,这主要归因于—C=O双键可弥补—C=C—破坏损失的表面共价键能,也提高了表面非键相互作用能。此外,一定含量含氧官能团的引入对复合材料力学性能均有不同程度的提高,但过量的含氧基团则削弱了力学性能。当电流密度为0.69 A/m^(2)时,对应碳纤维增强环氧树脂基复合材料的剪切应力、拉伸强度和弯曲强度均为最优,进一步提升的电流密度使得复合材料的力学强度均逐渐降低。

绿色轮胎用功能化石墨烯/天然橡胶复合材料的制备与性能研究

氧化石墨烯(GO)先用促进剂CBS改性,再用水合肼还原制备水合肼和促进剂CBS共改性GO(H-C-GO),研究绿色轮胎用功能化石墨烯/天然橡胶(NR)复合材料的性能。结果表明:水合肼和促进剂CBS共改性的H-C-GO的团聚显著减少且与橡胶之间的相容性较好;H-C-GO/NR复合材料具有比GO/NR复合材料或水合肼还原GO/NR复合材料更高的拉伸强度、更好的抗湿滑性能和更低的滚动阻力。

功能化还原氧化石墨烯/天然橡胶导热复合材料的性能研究

采用2-巯基苯并咪唑(防老剂MB,以下简称MB)对氧化石墨烯(GO)进行还原及功能化,同时与采用抗坏血酸(VC)对GO进行还原对比,分别制得MB还原氧化石墨烯(rGO-MB)和VC还原氧化石墨烯(rGO-VC),并采用胶乳共混法制备rGO-MB/NR和rGO-VC/NR复合材料,对其性能进行研究。结果表明:MB成功还原了GO,MB接枝到了GO上;与rGO-VC/NR复合材料相比,rGO-MB/NR复合材料具有较低的Payne效应和较高的结合胶含量,拉伸强度和导热性能均明显提高。

环氧树脂/石英纤维透波复合材料制备

为改善环氧树脂的介电性能及提升石英纤维的界面性能,使用缩水甘油醚基笼型倍半硅氧烷(G–POSS)和γ–氨丙基三乙氧基硅烷(KH–550)分别对环氧树脂和石英纤维进行改性。利用差示扫描量热法研究改性后环氧树脂的固化过程,并通过外推法确定了其固化工艺,根据固化工艺制备环氧树脂/石英纤维复合材料,分别对该复合材料的热稳定性、介电性能和弯曲性能进行表征,结果表明,使用G–POSS和KH–550改性后的环氧树脂/石英纤维复合材料热稳定性、介电性能和弯曲性能达到最佳,初始分解温度达到369.59℃,常温下在12~18 GHz的介电常数稳定在3.2~3.5之间,介电损耗角正切值在0.005~0.02之间,弯曲强度达到376.4 MPa,弯曲弹性模量为21.7 GPa。

环氧树脂填充复合蜂窝夹芯结构吸波性能的试验及模拟研究

设计了一种由四氧化三铁@还原氧化石墨烯(Fe_(3)O_(4)@rGO)气凝胶/环氧树脂填充的复合蜂窝夹芯结构(CHSS)。采用拉曼光谱仪、X射线光电子能谱等方法对Fe_(3)O_(4)@rGO粒子进行表征,并对其电磁参数和吸波性能进行分析。研究结果表明:成功制备了Fe_(3)O_(4)@rGO,并且Fe_(3)O_(4)在气凝胶中分散良好;Fe_(3)O_(4)@rGO对电磁波的导电损耗以及磁损耗为材料提供了良好的微波吸收性能,CHSS的有效吸波带宽随着Fe_(3)O_(4)@rGO气凝胶/环氧树脂层厚度增大呈先增大再减小的趋势;当CHSS中Fe_(3)O_(4)@rGO气凝胶/环氧树脂层厚度为2.5 mm时有效吸波带宽达到最大值,性能最佳的CHSS厚度为7.8 mm,有效吸波带宽达到7.09 GHz,最大反射损耗(RL)值达到-17.76 dB。综合表明,本研究制备了一种复合蜂窝夹芯材料,并且使用环氧树脂回填封装芳纶蜂窝可以达到理想的吸波性能。

多孔阵列结构钴酸镍/泡沫镍复合电极材料制备及其在重金属离子检测中的应用

【目的】对电极材料和制备工艺进行深入研究,以开发应用于重金属离子检测的新型电化学传感器。【方法】通过水热法成功合成了多孔阵列结构钴酸镍/泡沫镍(NiCo_(2)O_(4)/NF)复合材料,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及电化学测试等手段对样品组成、形貌及电化学性能进行表征。【结果】结果表明:NiCo_(2)O_(4)均匀覆盖在泡沫镍表面,呈现高度开放的纳米线状阵列结构。利用NiCo_(2)O_(4)/NF复合材料作为电极,对不同浓度Hg^(2+)溶液进行电化学检测,在0.125~2.5μmol/L和2.5~35μmol/L浓度范围内,灵敏度分别为0.025和0.0034μA/(μmol/L);同时表现出良好的稳定性和复现性。此外,还利用该复合电极对不同浓度混合重金属离子溶液进行检测,表现出较高的灵敏度和区分性。【结论】为设计和合成高性能电极材料提供了一种新的方法,可方便地对重金属离子进行电化学检测。

改性氧化石墨烯/天然橡胶复合材料的制备及性能研究

通过水溶性2-巯基-1-甲基咪唑(MMI)有机改性(还原)氧化石墨烯(GO)制备MMI改性GO(MMI-GO),同时将抗坏血酸(VC)还原GO(rGO)作为对比试样,通过胶乳共混法制备GO/天然橡胶(NR)复合材料,研究GO用量对复合材料性能的影响。结果表明:MMI成功地改性了GO;随着GO用量的增大,GO/NR复合材料的硬度、撕裂强度和热导率增大;与rGO/NR复合材料相比,MMI-GO/NR复合材料的交联密度增大,GO在NR基体中的分散性良好,硬度和撕裂强度增大以及导热性能改善。

基于超材料的微波吸收复合材料研究进展

微波吸收材料作为一种功能性复合材料被广泛应用于现代军事和日常生活的各个领域,其中超材料的出现使微波吸收材料在“轻、宽、薄”三方面实现了重大突破。阐述了微波吸收超材料的发展历程,综述了近年来微波吸收超材料的研究进展,总结了目前基于超材料的微波吸收复合材料具备的优势与面对的问题。通过归纳超材料的微波吸收机理,提出根据不同超材料的结构特点作出相应设计,以协同更多吸波机理的设计原则,可为实现全频段吸收提供新的思路。

兼具吸水保水和养分缓释性能的腐殖酸改性复合材料制备及性能研究

采用溶液聚合法将含有营养元素的线性聚合物缓释材料PSRF穿插在吸水保水高分子材料腐殖酸-g-聚(丙烯酸-丙烯酰胺)三维网络中,制备得到一种新型具有半互穿网络结构的腐殖酸改性吸水保水缓释复合材料.采用FTIR、XRD对制备的复合材料的结构进行了表征,研究了原料配比对复合材料吸水性能的影响,测定了材料的缓释行为和对土壤持水保水性能的影响.结果表明,制备的复合材料在自来水中的最大吸水倍率可以达到76.09 g/g,将其施入到土壤中,可以提高土壤的持水保水性能;此外,对氮、磷、钾具有优异的缓释效果,在土壤中培养30 d,其氮、磷、钾的累积释放率分别为31.81%,47.71%,79.30%.

GAP/N-100交联体系力学和热解机理的MD模拟

为探究聚叠氮缩水甘油醚(GAP)与多异氰酸酯(N-100)交联形成三维网状聚合物的力学性能、热分解机理和主要产物信息,采用perl语言结合分子动力学模拟软件编写了能实现GAP与N-100交联的脚本,建立了不同交联度的GAP/N-100分子模型,并预测了不同交联体系的力学性能,采用反应分子动力学对热解机理和产物进行了模拟。结果表明:通过自编脚本可以得到一系列不同交联度的交联模型,最终交联度为96.7%;随着交联度的增大,GAP/N-100体系的杨氏模量、剪切模量和体积模量均逐渐提高。GAP/N-100交联体系热解的初始分解机理为叠氮基团的脱落以及碳骨架的分解,热解反应的活化能Ea为13.411 kJ/mol,指前因子A为0.099 1/ps-1,热解的主要产物有N2、H_(2)、H_(2)O以及NH3,主要的中间产物为CH_(2)O。

钨球对聚脲铝板结构的侵彻效应

为研究软质聚脲涂覆对2024铝板抗破片冲击性能的增强效应,通过弹道试验加载球形破片撞击不同聚脲涂覆复合结构,分析喷涂聚脲厚度和相对位置对复合板的抗冲击性能影响,基于高速相机和数字图像方法分析复合板的动态破坏,采用CT技术检测局部损伤和界面脱粘。结果表明:双面、背面涂覆聚脲均有效地提高铝板的抗冲击性能,低速度段到中速度段降低幅度大,超过50%,中速度段到高速度段降低幅度小,仅10%左右,涂覆方式对铝板抗冲击性能增强效应影响较小,且增强效应随着破片初速增大而降低;在527 m/s初速冲击下,10Al/2P和10Al/6P结构下破片速度衰减分别为75.5%和79.6%,随着涂层厚度的增加,复合材料板吸收更多的冲击动能;复合结构承受1000 m/s冲击载荷时,4和6 mm涂层厚度下速度衰减分别为20%和21.2%。

氟化石墨/氟碳复合涂层耐磨防腐性能研究

以氟化石墨(FGi)填充改性氟碳(FEVE)涂料,制备氟化石墨/氟碳(FGi/FEVE)复合涂层,并对其附着力、硬度以及耐磨防腐性能等进行分析,探讨其耐磨防腐作用机制。结果表明:FGi中C-F键的存在,不仅增加了涂层与填料之间的界面相容性,进一步增强复合涂层的热稳定性,提升附着强度与硬度,同时具有优异的疏水性能,使涂层表面接触角由84.5°提升至102.0°。电化学测试表明,质量分数1%FGi改性FEVE复合涂层的低频阻抗模量为3.1×10^(5)Ω·cm^(2),与纯FEVE涂层相比,提升了近1个数量级,表明复合涂层具有更好的防腐性能。这归因于FGi与固化剂N75之间形成的氢键,增加了FGi在FEVE涂层中的分散性,能更有效阻止腐蚀介质的渗透。摩擦测试表明:质量分数1%的FGi可以使FGi/FEVE复合涂层的摩擦因数降低16.9%、磨损率降低48.0%。FGi填充改性增强了FEVE涂层的电绝缘性和疏水性,同时发挥物理屏障作用,能有效防止基底受到腐蚀并阻止裂纹扩展,从而有效提升了FGi/FEVE复合涂层的耐磨防腐性能。

石蜡强韧化环氧树脂体系的试验结合分子动力学模拟研究

通过硫醇-烯点击化学合成了一种具有柔性烷基侧链的特种环氧树脂(D12),随后利用其作为增容剂,将正二十烷(C20,石蜡模型化合物)均匀混合到环氧树脂基体(DGEBA)中,固化得到一系列D12和C20协同增韧的环氧树脂体系(EPDA-X体系)。通过结合试验和分子动力学模拟方法,系统研究了DGEBA/D12/C20三元体系的强韧化机理。研究结果表明:(1)当D12和C20的物质的量比为1∶2且二者在固化体系中的质量分数为2.5%时,体系具有最优异的综合性能,拉伸强度为99.3 MPa,拉伸模量为2.8 GPa,断裂伸长率为4.5%。三者均高于纯EP体系,实现了环氧树脂强度、模量和韧性的协同提升。(2)EPDA-X体系中存在微相分离结构,且初步证明体系中的微相分离结构是由C20在D12侧链周围自组装引起的。自组装效应所形成的物理缠结结构可以为体系提供额外的物理交联点,从而可以实现环氧树脂强度、模量和韧性的协同提升。(3)使用分子动力学模拟计算了所有体系的杨氏模量,发现EPDA-X体系的模量均高于纯EP体系。EPDA-X体系径向分布函数的计算结果表明,C20与D12的主链相互作用很弱,但与D12的侧链相互作用很强。这进一步证明了C20在D12的侧链周围发生了自组装效应,从而在分子和原子尺度上证明了C20和D12自组装协同强韧化环氧树脂的机理。

氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的制备及其SERS效应研究

近年来,氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料由于其优异的表面增强拉曼散射(SERS)性能引起了人们极大的关注,在污染物检测、化学传感和癌症诊断等领域具有重要的应用价值。本文综述了氧化石墨烯片层上修饰金银纳米粒子、氧化石墨烯包覆金银纳米粒子、氧化石墨烯附着在金银纳米粒子层三种氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的制备方法,对其SERS效应进行了详细介绍。SERS研究表明,结合了金银纳米粒子与氧化石墨烯两种材料各自在SERS研究与应用中的优势,氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的SERS性能比单纯金银纳米粒子更加优异。氧化石墨烯在其中起到了化学增强、分子富集、钝化保护、荧光猝灭的重要作用。氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料在表面增强拉曼光谱中具有广阔的应用前景。

导电环氧树脂基电磁屏蔽材料的制备与性能研究

采用原位聚合法将T-ZnO/Ag粒子填充到环氧树脂基体中,系统研究了填料含量对体系电导率、电磁屏蔽性能和力学性能的影响。研究结果表明:该体系的渗滤阈值介于20%~25%之间,材料的电导率和电磁屏蔽性能均随填料含量的提高而上升,拉伸性能则随填料含量的提高而降低。当填料含量为25%时,体系电导率可达22.4 S/cm,电磁屏蔽效能为21 dB,拉伸性能可保持35.4 MPa。这种兼具优异电磁屏蔽性能且可保持较高力学性能的环氧树脂复合材料,有望用于对导电或电磁屏蔽性能有需求的环氧胶接体系。

水热法合成二硫化钼花状微球及其电容性能研究

使用水热法以钼酸铵为钼源,硫脲为硫源制备了由纳米片组成的三维花状的二硫化钼微球。利用XRD、Raman、SEM和TEM对产物的微观结构和形貌进行了表征。同时通过循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗谱研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。测试表明MoS2花状微球电极材料在电流密度为0.5A/g时,比电容可达225F/g,具有良好的倍率性能,是一种性能优异的超级电容器电极材料。

改性白炭黑/氧化石墨烯协同补强天然橡胶的研究

将硅烷偶联剂KH-550改性以及硅烷偶联剂KH-550和K-MEPTS共同改性的白炭黑与氧化石墨烯(GO)复配补强天然橡胶(NR),研究填料与橡胶基体的界面结合方式对胶料性能的影响。结果表明:由硅烷偶联剂KH-550和K-MEPTS共同改性的白炭黑与GO静电组装制得的改性白炭黑-2/GO填充NR得到的胶料具有低的Panye效应和高的结合胶含量,这表明改性白炭黑-2/GO在橡胶基体中的分散性好且与橡胶基体通过共价连接结合紧密;改性白炭黑-2/GO/NR硫化胶滞后损失小,具有低的压缩疲劳温升和高的拉伸强度。

脲醛树脂胶粘剂晶体结构及其向非晶体转化研究进展

在木材行业中,脲醛树脂是用量最大、应用最广泛的胶粘剂,但是脲醛树脂中的甲醛挥发会对人们的居住环境造成巨大危害。一种简单有效地减少甲醛排放的方法是合成低甲醛/尿素物质的量之比的脲醛树脂。然而,低物质的量之比的脲醛树脂在固化状态下会在线性分子之间形成强烈氢键,从而形成大量的结晶区,进一步使树脂的粘接性变差。本文介绍了近年来通过阻断氢键将结晶脲醛树脂转化为非晶态聚合物的研究进展,实现了提高树脂粘接性的同时降低甲醛挥发量的目的。

酚醛树脂/氯丁橡胶胶粘剂的制备及其对45^(#)钢与天然橡胶粘接性能的影响

通过正交试验研究酚醛树脂/氯丁橡胶(CR)胶粘剂主要成分对45^(#)钢与天然橡胶(NR)粘接性能的影响,通过极差分析确定因子与水平优化组合,并进行试验验证。结果表明,酚醛树脂/CR胶粘剂中白炭黑用量、偶联剂种类和酚醛树脂用量是影响45#钢与NR粘接性能的主要因素,胶粘剂主要成分优化组合为4份白炭黑、80份酚醛树脂、20份氯化天然橡胶和8份偶联剂KH550,该优化组合下制得的胶粘剂的耐热性能与胶膜耐水性能良好,45#钢与NR粘接的单向拉伸剪切强度可达4.57 MPa。

羟乙基纤维素改性聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)保水剂的性能及应用研究

为了探究羟乙基纤维素改性聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)保水剂的性能及在农业上的应用效果,通过番茄盆栽实验研究了不同羟乙基纤维素含量的保水剂的吸水性能和降解特点,对土壤含水量、微生物学性状、理化性质和番茄植株产量的影响.结果表明,引入羟乙基纤维素不仅能够提高保水剂的吸水倍率和降解性能,降低对环境的污染,而且还能够进一步减少土壤的水分流失,提高土壤微生物量碳和脲酶活性,调节土壤pH和电导率,增加植株的产量.当羟乙基纤维素的添加量为20%时,与未改性的聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)相比,改性复合材料的失重率提高了172.70%,土壤含水量、微生物碳量、脲酶活性以及番茄产量分别提高了39.57%,21.11%,25.56%和16.49%.本研究对于解决目前常用保水剂聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)存在的生物降解性能差、生产成本高等方面问题具有参考意义.