碳纳米管及其改性复合材料分析

随着科技的飞速发展,碳纳米管作为一种具有优异性能的材料,逐渐受到了广泛关注。碳纳米管具有良好的导电性、高热导率、高强度、高弹性模量以及耐腐蚀等特性,然而,碳纳米管在应用过程中也存在一些问题,如分散性差、界面亲和力低等。为了解决这些问题,此次对碳纳米管及其改性复合材料进行分析,以期为相关人员提供帮助。

新型石墨烯复合材料在金属防腐蚀领域的研究进展

介绍了石墨烯复合材料的防腐蚀原理,总结了国内外石墨烯和氧化石墨烯防护膜在金属防腐蚀领域的研究现状及存在的问题。简要介绍了改性石墨烯复合涂层的制备工艺及其效果。从无机纳米氧化物/石墨烯复合材料、聚苯胺/石墨烯复合材料、聚氨酯/石墨烯复合材料和硅烷/石墨烯复合材料等四方面综述了改性石墨烯复合材料在金属防护中的应用,指出目前我国石墨烯复合材料存在的主要问题,并对石墨烯复合材料在金属防腐蚀领域的研究方向进行了展望。

Ti_(3)C_(2)T_(x)和TiO_(2)(R)对LDPE复合材料阻燃性的影响及机理

本文探讨了采用刻蚀法制备的碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x))和商用锐钛矿型二氧化钛[TiO_(2)(R)]作为阻燃添加剂对线型低密度聚乙烯(LDPE)阻燃性的影响及机理。结果表明,Ti_(3)C_(2)T_(x)的添加使LDPE的热释放速率峰值(PHRR)降低了29.8%,烟释放速率(SPR)降低了34.2%,而TiO_(2)(R)虽然也提高了热稳定性,但其降低效果不如Ti_(3)C_(2)T_(x)显著。极限氧指数(LOI)测试结果表明,Ti_(3)C_(2)T_(x)添加的LDPE的LOI提高了5%,达到18.7%,而添加质量分数8%TiO_(2)(R)的LDPE的LOI最高达到了19.7%。锥形量热测试进一步证实了Ti_(3)C_(2)T_(x)在阻燃方面的优越性,其添加使得LDPE的热释放总量(THR)降低了7.5%。相比之下,TiO_(2)(R)虽然提高了LDPE的热稳定性,但其对降低热释放速率和烟释放速率的效果不如Ti_(3)C_(2)T_(x)显著。热重-傅里叶红外光谱联用仪(TG-FTIR)的结果表明,Ti_(3)C_(2)T_(x)和TiO_(2)(R)均未改变LDPE的热分解路径,但在凝聚相中,Ti_(3)C_(2)T_(x)通过形成残炭层更有效地阻碍了燃烧过程。扫描电子显微镜(SEM)和元素分析(EDS)显示Ti_(3)C_(2)T_(x)在燃烧后部分维持了其片层结构,表明其在催化成炭和物理屏障方面的双重作用。本研究突出了Ti_(3)C_(2)T_(x)作为新型阻燃剂在提高LDPE阻燃性方面的潜力,并为开发新型高效阻燃聚合物材料提供了科学依据。

石墨烯/多壁碳纳米管复配改性对天然橡胶复合材料应变传感性能的影响

通过溶液共混法将不同配比的石墨烯/多壁碳纳米管(GE/MWCNT)添加到天然橡胶(NR)中,制备了具有电阻-应变响应特性的GE/MWCNT/NR复合材料。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)表征了纳米碳填料在NR基体中的分散情况,研究了不同GE和MWCNT配比对材料力电性能的影响规律,通过傅里叶变化红外光谱分析了NR复合材料中纳米碳填料与基体之间的相互作用。结果表明,GE与MWCNT以及橡胶分子链之间的结合力促进了填料在基体中的分散,使复合材料的电阻/应变响应稳定性、灵敏性以及单调性明显优于不含GE的材料,并确定了GE与MWCNT复配比为1:1时,材料各项性能最优。

硅改性酚醛/碳纤维复合材料的制备及烧蚀性能

针对酚醛树脂(RF)耐热性不足、抗烧蚀性能差,且SiO_(2)粒子与酚醛树脂相容性的问题,采用共凝胶法制备纳米级的SiO_(2)/RF杂化气凝胶,通过构建凝胶网络互穿结构,增加两相相容性,探究SiO_(2)/RF杂化气凝胶的微观结构、化学结构和热物理性能。制备得到硅改性酚醛/碳纤维复合材料,并对改性前后复合材料的烧蚀性能进行比较。结果表明,不同硅含量的杂化气凝胶具有凝胶骨架和孔隙双连续的结构特性,密度分别在0.145~0.160 g/cm^(3)之间。随着硅含量提高,杂化气凝胶残留率增加,Si—O键吸收振动峰更明显,但XRD无衍射峰。综合考虑孔径分布及热物理性能,选取性能最优的杂化气凝胶制备硅改性酚醛/碳纤维复合材料,改性后复合材料的质量烧蚀率为0.046 g/s,线烧蚀率为0.074 mm/s。与未改性的复合材料相比,质量烧蚀率降低了20.7%,线烧蚀率降低了21.3%,改性后材料的抗氧化性和烧蚀后的残留率得到明显提升。

改性1-3型压电复合材料理论模型与仿真

针对高机电耦合系数和曲面换能器的应用需求,该文提出一种由压电陶瓷、环氧树脂和硅橡胶三相复合的改进1-3型压电复合材料,基于Newnhams串、并联分析对复合材料的理论模型进行了推导,并利用Matlab进行了数值计算,分析了改性1-3型复合材料的结构参数对厚度机电耦合系数、等效密度和厚度频率常数的影响。结果表明,陶瓷-环氧复合相的体积分数为0.2~0.5,陶瓷-环氧复合相中的压电陶瓷体积分数为0.6~0.7时,改性1-3型压电复合材料的性能参数较好;利用ANSYS软件对复合材料进行了有限元仿真,将仿真结果与理论计算进行了对比,二者具有较好的一致性,验证了理论模型评估材料性能的准确性。

碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料性能研究

介绍了一种碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能研究情况。对该复合材料的力学性能、热常数和烧蚀性能进行了初步测试。结果表明,其拉伸强度达到558MPa,拉伸模量达到44.0GPa,层间剪切强度为16.6MPa,导热系数不超过0.3W/(m·K),氧 乙炔烧蚀的线烧蚀率为0.049mm/s,质量烧蚀率为0.0595g/s。通过与常用的碳/酚醛材料比较,碳纤维/有机硅改性环氧树脂复合材料的性能较优。

聚氯乙烯/改性长石复合材料的制备、性能及结构表征

对长石进行湿法表面改性,以改性长石作为填料,制备聚氯乙烯(PVC)/改性长石复合材料,对其性能及微观结构进行测试和表征。界面接触角测试表明,长石经改性后界面接触角明显增大,表面有机憎水,具有亲油性,与FT-IR分析结果相吻合。力学性能测试表明,与PVC基体相比,当改性长石添加量为3.5%时,PVC/改性长石复合材料拉伸强度提高了4.35%,抗冲击强度提高了9.18%。TGA分析表明,PVC/改性长石复合材料的热分解温度比PVC基体提高了3.02℃,其热稳定性提高。断面SEM分析表明,PVC/改性长石复合材料冲击断裂面呈现出比较典型的韧性断裂特征,有利于PVC树脂增韧。

HDPE/木粉改性复合材料的制备及其长效吸水性能研究

加入HDPE-g-MAH、CG-8831和KH-550制备HDPE/木粉改性复合材料。研究其长效吸水性,发现吸水率随时间延长先快速增加,浸水35 d后缓慢增至平衡,HDPE-g-MAH改性效果最好,其饱和吸水率仅为1.503%。利用Fick第二扩散定律拟合吸水动力学曲线,得扩散系数D的顺序:HDPE-g-MAH增容HDPE/木粉复合材料>HDPE/木粉复合材料>KH-550改性HDPE/木粉复合材料>CG-8831改性HDPE/木粉复合材料。并证明该吸水过程符合Fick第二扩散定律,相关系数R2值达0.99以上。HDPE/木粉改性复合材料尺寸变化系数CD>CW>CT。

Cu_xSi_y改性C/C-SiC复合材料的制备及其性能

以针刺整体炭毡为预制体,采用化学气相渗透法(CVI)增密制备C/C多孔体,然后采用反应熔体浸渗法(RMI),将Cu与Si同时熔渗进C/C坯体中制备CuxSiy改性C/C-SiC复合材料。研究CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能,并与C/C-SiC复合材料进行对比。结果表明:CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的弯曲强度和冲击韧性略低于C/C-SiC复合材料的;采用30Cr钢作对偶时,CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的摩擦因数约为0.24,线磨损率小于4μm·side-1·cycle-1,均与C/C-SiC复合材料的相近,但其摩擦表面温度降低约50℃;以自身材料作对偶时,CuxSiy改性C/C-SiC复合材料的摩擦磨损性能略低于C/C-SiC复合材料的。

环氧改性氰酸酯复合材料工艺性研究

对环氧E—51改性双酚A型氰酸酯 (BADCy)复合材料的铺敷性进行了研究 ,发现BADCy树脂和环氧E— 51树脂经适当预聚后在室温下具有一定的粘性 ,可制作出具有室温铺敷性的复合材料预浸料。研究还发现 ,氰酸酯的纯度对预聚反应影响较大 ,工业品的BADCy具有较高的反应活性 ,而提纯后的BADCy反应活性低。少量环氧E— 51对BADCy的预聚反应有明显促进作用 ,但大于 5份后 。

改性C/C复合材料快速制备与抗烧蚀性能考核

采用液相浸渍法结合反应熔渗法快速制备改性C/C复合材料,研究其微观组织及在氧乙炔焰和高频等离子体风洞环境中的烧蚀行为。结果表明:改性C/C复合材料主要含有Hf C,Zr C,Ta C等高熔点陶瓷改性相,其密度为3.83 g/cm3,开孔率仅为4.71%。氧乙炔焰烧蚀360 s后,改性C/C复合材料表面形成一层主要由Hf O2,Zr O2,Ta2O5组成的致密氧化物层,材料的线烧蚀率为0.005 18 mm/s。使用高频等离子体风洞考核改性C/C复合材料球头模型,在热流量3.5 MW/m2、驻点温度2293℃的条件下考核180 s后,模型表面生成致密光滑的氧化物保护层,与基体结合牢固,模型形状及尺寸无明显改变,去掉氧化物后测得其线烧蚀率为0.001 72 mm/s。

表面改性对PVC/nano-SiO_2复合材料性能的影响

采用熔融共混法制备出聚氯乙烯(PVC)/纳米二氧化硅(Nano-SiO2)复合材料,研究了Nano-SiO2表面改性前后对复合材料力学性能的影响,利用扫描电镜(SEM)分析了Nano-SiO2表面改性前后在PVC基体中的分散性。结果表明:加入量小于3%时,Nano-SiO2表面改性与否对复合材料的冲击性能基本没有影响;加入量小于4%时,其表面改性与否对复合材料的拉伸性能、弯曲性能及其在PVC基体中的分散性基本没有影响;加入量超过3%后,表面改性Nano-SiO2使复合材料具有更好的冲击性能;加入量超过4%后,表面改性Nano-SiO2使复合材料具有更好的拉伸性能和弯曲性能,并且它在PVC基体中的分散性及其与PVC基体间的界面粘结性也更好。

不同双元陶瓷基体对改性C/C复合材料性能的影响

采用有机锆聚合物树脂，通过先驱体浸渍裂解法（PIP）向C／C-SiC复合材料中引入ZrC或ZrB，超高温陶瓷相，研究了不同双元陶瓷基体对改性C／C复合材料的力学性能和烧蚀性能的影响。结果表明。SiC—ZrC（ZrB2）复相陶瓷呈现均匀弥散分布。与C／C—SiC-ZrC复合材料相比，C／C-SiC-ZrB2复合材料的拉伸强度、弯曲强度、剪切强度和压缩强度均有小幅提升，分别提高了30．7％、23．4％、32．4％、25％，韧性断裂特征相对比较明显。在2100K、600s电弧风洞试验条件下，C／C-SiC-ZrB2复合材料的质量烧蚀率为1．67≤10^-6g／（cm^2·s），比C／C-SiC—ZrC复合材料降低了一个数量级。C／C-SiC—ZrB2复合材料烧蚀性能提高的原因是600～1100℃时，液态B2O3起到了良好的氧化保护作用；1100-1300℃时，硼硅酸盐阻碍了材料的深层次氧化；1300℃以上时，高粘度的ZrO2-SiO2玻璃态熔融层可有效阻止氧化性气氛深入材料内部，减缓材料的氧化烧蚀。

改性酚醛基复合材料的摩擦系数研究

研制了一种准高速列车盘形制动装置用混杂纤维增强改性酚醛基复合材料,在1:1惯性力矩试验台上研究了在干摩擦条件下以不同制动初速度、不同闸片压力实施惯性制动时的摩擦特性,利用扫描电镜对试验后的材料摩擦表面形貌进行观察。试验结果表明:瞬时摩擦系数随瞬时速度的变化与制动初速度有关,高接触压力下的摩擦系数低于低接触压力下的摩擦系数;在于摩擦、一次停车惯性制动条件下,临界使用条件是接触压力为0.82MPa,制动初速度为27.3m/s。摩擦表面生成摩擦膜是摩擦系数变化的主要原因。

改性蒙脱土/纳米腐植酸复合材料制备及其对苯胺吸附性能的研究

以纳米腐植酸和改性蒙脱土为原材料,通过冷冻干燥法制备了改性蒙脱土/纳米腐植酸复合型吸附材料。采用红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及热重分析(TG)等手段对其化学结构、物相组分、微观形貌及热稳定性进行表征,利用静态吸附实验对其吸附苯胺的工艺条件、热力学及动力学进行系统研究。结果表明:复合材料官能团增多,反应活性增强,晶型结构变化不大,层间距增大,表面粗糙且多孔,热稳定性好;适宜的吸附条件为:纳米腐植酸/改性蒙脱土用量0.06g/L,pH=2.14,吸附时间480min;吸附量及去除率分别为0.635mmol/g及71.6%;对苯胺吸附遵循单分子吸附的Langmuir模型,吸附过程自发且吸热增熵,吸附动力学符合准二级动力学方程。

纳米碳酸钙浸渍改性工艺对竹塑复合材料拉伸性能的影响

为探寻竹纤维表面改性技术应用于植物纤维增强热塑性聚合物复合材料中的理论依据,用硫酸盐法制取竹纤维,以聚丙烯(PP)为基体,竹纤维为增强相,采用平压成型工艺制备竹纤维/PP复合材料,探索了纳米碳酸钙(CaCO_3)浸渍改性工艺对复合材料拉伸性能的影响,并利用场发射环境扫描电镜、力学测试机对其断口形貌和力学性能进行表征。结果表明:在温度25℃,搅拌速度500r/min的条件下,当纳米CaCO_3添加量为1.00×10-2 g/mL,分散剂EDTA-2Na添加量为8.50×10-4 g/mL,浸渍混合时间为25min时,竹纤维/PP复合材料的拉伸性能较优。

聚丙烯/有机改性蒙脱土复合材料的流变特性及动态力学性能

用ARES流变仪研究了聚丙烯 /有机改性蒙脱土复合材料的流变特性与扭转模式下的动态力学性能 ,并用X射线衍射研究了动态力学测试过程中复合材料的结构变化。结果表明 :复合材料的储能模量G′、损耗模量G″及剪切粘度 η随着蒙脱土含量的增加而增大 ,并且改性聚丙烯增加了基体与蒙脱土片层之间的作用力 ,使G′、G″、η进一步提高。另外 ,动态力学测试结果表明 :复合材料在 65℃左右 ,损耗角tanδ出现峰值 ,并且随着蒙脱土含量的增加 ,峰值右移 ,X射线衍射结果表明 。

改性凹凸棒土/纳米铁复合材料与微生物耦合去除地下水硝酸盐氮的研究

地下水是我国重要的饮用水源之一,国内部分地区地下水NO_3^--N含量超标,对人体健康造成潜在威胁.采用模拟装置考察改性凹凸棒土/纳米铁复合材料、反硝化细菌及其耦合体系对地下水NO_3^--N去除效果及脱氮产物的变化特征.结果表明,在模拟地下水溶解氧[ρ(DO)为0.3 mg/L]、温度(15℃)和黑暗环境下,50 mg改性凹凸棒土/纳米铁复合材料与50 mg/L NO_3^--N反应,7 d后NO_3^--N去除率为43.7%,其中63.6%的还原产物转化为NH_4^+-N,几乎无NO_2^--N生成,TN去除率为15.9%;反硝化细菌体系中,7 d后NO_3^--N去除率仅为9.7%,其中NO_2^--N占4.1%,几乎无NH_4^+-N生成,TN去除率为5.3%;在改性凹凸棒土/纳米铁复合材料-反硝化细菌耦合体系中,7 d后NO_3^--N去除率为80.6%,其中NH_4^+-N占33.2%、NO_2^--N占12.1%,TN去除率为35.2%.研究显示,模拟地下水环境下,改性凹凸棒土/纳米铁复合材料-反硝化细菌耦合体系对NO_3^--N去除效果最好,TN去除率高.

改性凹凸棒土/纳米铁复合材料去除地下水NO_3^--N的研究

采用液相还原法制备改性凹凸棒土/纳米铁复合材料(简称复合材料),考察了该复合材料的稳定性及其作用下"三氮"(NO_3^--N、NH_4^+-N、NO_2^--N)的变化情况,阐明了地下水环境因素(DO、温度、光照)对复合材料去除NO_3^--N的影响。模拟地下水环境时,3种材料去除NO_3^--N的反应活性顺序为:复合材料>纳米铁>改性凹凸棒土,且复合材料作用下NH_4^+-N的转化率低,几乎无NO_2^--N生成。DO、温度对复合材料去除地下水NO_3^--N的影响较大;而光照和黑暗环境下,地下水中NO_3^--N的去除率及NH_4^+-N、NO_2^--N的生成量均无明显差异。研究成果旨在为NO_3^--N污染地下水工程修复提供理论依据和技术支撑。