短切碳纤维增强MC尼龙复合材料的制备与性能

MC尼龙是一种已得到广泛应用的重要的工程塑料,但存在尺寸稳定性较差、热稳定性不高和重载下强度欠佳等缺点。本研究采用短切碳纤维(SCF)作为改性剂,探索研究了SCF/MC尼龙复合材料的制备工艺,研究了不同的SCF含量对复合材料密度、转化率、机械性能、摩擦性能及结晶度的影响。结果表明:在0~20%SCF含量范围内,复合材料的密度及拉伸强度表现为先增大后减少;转化率和冲击强度为20%SCF复合材料最为突出;而摩擦系数、磨损量在加入SCF后呈现先减少后增加的趋势。在10%SCF含量时,材料表现出较好的摩擦性能,同时结晶温度增大到182.95℃,结晶度为35.57%。研究结果证实通过添加适当比例的SCF改性剂可以有效改善MC尼龙的性能,这为进一步开发满足某些特殊螺旋传动下的新型复合材料做了有益尝试。

基于响应面法的短切玄武岩纤维抹灰砂浆配合比设计

为得到具有最佳力学性能且满足稠度要求的短切玄武岩纤维抹灰砂浆最优配合比,以水胶比、砂胶比、粉煤灰掺量为自变量,以砂浆稠度、抗拉强度、抗压强度、抗折强度为响应目标值,采用响应面法设计Box-Behnke试验,并建立回归模型,实现了满足既定目标稠度为70~110 mm的多目标综合优化,且对所提出的配合比进行验证试验。结果表明:水胶比对短切玄武岩纤维砂浆的稠度和强度有显著影响;最优配合比为水胶比0.35、砂胶比2.0、粉煤灰掺量20%时,其稠度、抗拉、抗压、抗折强度分别为97 mm、1.99 MPa、38.50 MPa、9.59 MPa;对于稠度和抗拉强度,回归模型的预测值和实测值误差低于4%,抗折强度及抗压强度的预测值和实测值误差分别为12%、28%,与玄武岩纤维混凝土抗压强度离散性大的特点一致,验证了响应面法对于短切玄武岩纤维抹灰砂浆配合比优化设计的可行性。

短切聚丙烯纤维对透水混凝土的性能影响

以短切聚丙烯纤维作为增强材料,设计不同尺寸和掺量的短切聚丙烯纤维透水混凝土(CPPFPC),通过试验分析了不同尺寸、不同掺量短切聚丙烯纤维对透水混凝土抗压强度、抗折强度、透水性能及抗冲击性能的影响,结果表明:各尺寸短切聚丙烯纤维掺量为0.2%时,透水混凝土的综合性能较好;短切聚丙烯纤维对透水混凝土的抗压强度、抗折强度及抗冲击性能均有提升,抗折强度提升效果相对于抗压强度较弱,而抗冲击性能提升较为显著。

短切纤维特性对间位芳纶纸电气绝缘性能的影响

本文研究了短切纤维特性对间位芳纶纸击穿强度、电导率、陷阱特性和力学相关性能的影响。结果表明,在参照样品(直径为25μm、长度为6 mm、结晶温度为300℃、沉析纤维与短切纤维的配比为7∶3)的基础上,纤维直径增加至45μm会降低沉析对短切纤维的包覆程度,诱发界面孔隙,芳纶纸的击穿强度和拉伸强度降幅可达16%和24%;纤维长度增加至18 mm,会造成短切纤维翘曲并形成“硬质”界面,击穿强度降幅可达63%,拉伸强度则无明显变化;结晶温度降低至230℃,会降低短切纤维结构稳定性,导致其热压熔融,击穿强度和拉伸强度降幅可达36%和50%;当短切纤维配比增加时,芳纶纸的击穿强度随致密度呈先升后降趋势,拉伸强度则随短切纤维含量的增加单调递增,体现了短切纤维对芳纶纸稳定成型的必要性和过量短切纤维对绝缘的削弱作用。此外,低击穿强度芳纶纸会呈现电导率提高和电荷陷阱浅化的现象,可作为芳纶纸绝缘性能判别的参考指标。

对位芳纶短切纤维对聚苯腈树脂力学性能的影响

利用氯磺酸磺化对位短切芳纶纤维表面来引入—SO_(2)Cl基团,40 mmol/L的氯磺酸磺化改性效果最佳。利用苯基三乙氧基硅烷偶联剂对对位短切芳纶纤维进行二次改性,成功在纤维表面接枝偶联剂。将改性对位短切芳纶纤维与苯腈单体采取原位聚合方法制备聚苯腈/对位短切芳纶纤维复合材料,研究不同纤维含量对复合材料力学性能的影响。结果表明,其中纤维含量为0.5%(质量分数,下同)时,复合材料力学性能最佳,储能模量达4137 MPa,玻璃化转变温度达350℃,弯曲模量达4467 MPa。

短切碳纤维对泵用SiC复合陶瓷强度与耐冲蚀性影响研究

将0.5 mm、1 mm和3 mm的短切碳纤维分别加入SiC树脂复合陶瓷中,研究不同短切碳纤维长度对SiC复合陶瓷抗折强度和耐冲蚀性能的影响。研究结果表明,添加短切碳纤维后,试样的体积密度从2.45降低至2.32 g/cm^(3),而显气孔率变化不大,维持在4%。随着添加短切碳纤维长度的增加,试样的抗折强度显著提升,从61.57 MPa增加至71.67 MPa。添加3 mm的短切碳纤维后,试样的抗折强度更加稳定,多个试样间的差距显著降低。添加不同长度短切碳纤维后,试样的常温耐冲蚀性无明显变化,一次和二次冲蚀损失体积分别维持在0.033 cm^(3)和0.045 cm^(3)左右。SiC树脂复合陶瓷浇注料的制备过程中,添加3 mm的短切碳纤维可以有效提升抗折强度,同时保持复合陶瓷优秀的耐冲蚀性能。

玻璃纤维短切纱质量影响因素探索

为提高玻璃纤维短切纱产品质量,采用控制变量法从玻纤原丝质量、生产设备和人员控制3个方面开展实验,以翻包毛羽量作为短切纱质量评价标准,探究不同方面对产品质量的影响。通过研究,提高玻璃纤维短切纱产品质量需要:在合理范围内保证纱团含水,提高可燃物含量,及时更换刀片、清理除尘器,采用小孔径筛网,控制升温保障产品烘制充分。

石膏板贴面毡用短切玻纤生产工艺介绍

石膏板贴面毡以短切纤维为原料,采用湿法成型工艺生产而成的一种用作石膏板贴面的薄毡。用于石膏板贴面毡的短切玻璃纤维有良好的分散性、连续的流动性及制品强度优异的特点。其生产方式可分为离线湿法短切及在线湿法短切。介绍了两种短切方式的特点及工艺流程,以及短纤分散性验证的方法。

方坯连铸机开浇短切头切割吊运优化改进

本文从开浇采用短切头的背景出发,深入浅出地对开浇短切头切割吊运进行优化改进,分析论证各种切割吊运的优点和缺点,最终优化改进为设计制作开浇短切头自动落入存放槽,停浇后再指挥行车将存放槽内短切头吊走,收到了良好的效果,提升了开浇短切头达标率,降低了钢铁料消耗,节约了生产成本.

短切碳纤维增强水下快速固化胶粘剂的制备及性能研究

制备了一种短切碳纤维为填料的水下快速固化胶粘剂,23℃时可操作时间25 min左右,并且用DSC方法分析了环氧树脂胶粘剂体系的固化行为,用T-β外推法确定了特征温度,Kissinger与Ozawa方法计算了固化体系的表观活化能分别为45.26 KJ/mol和48.90 KJ/mol。对制备的浇注体试件力学性能进行测试,在短切碳纤维添加量为0.15%时,其力学性能最优,此时,在空气和水中固化时,最大拉伸强度分别达到72.09 MPa和66.62MPa,粘接强度分别达到11.74 MPa和10.73 MPa,两种环境条件下,其力学性能相差不大,此胶粘剂在水环境中具有优良的使用性能。

短切芳纶对生物炭/线型低密度聚乙烯复合材料性能的影响

生物炭复合材料因其良好的性能备受关注,但较差的抗冲击性能限制了其更进一步的应用。文中以短切芳纶、生物炭和线型低密度聚乙烯(LLDPE)为原料采用注塑工艺制备复合材料,探究了短切芳纶对生物炭/LLDPE复合材料性质与性能的影响规律。结果表明,短切芳纶的添加没有改变生物炭/LLDPE复合材料的晶面结构,短切芳纶、生物炭与LLDPE之间具有较好的界面相容性。短切芳纶增大了复合材料的热失重速率峰温,提高了复合材料的热稳定性、耐热性与结晶度。生物炭/LLDPE复合材料具有较佳的力学性能,其弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和拉伸模量分别为14.28 MPa,0.64 GPa,12.02 MPa和0.25 GPa。短切芳纶的添加降低了复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量、抗蠕变强度和抗应力松弛能力,但是提高了复合材料的刚度、弹性尤其是韧性,复合材料的抗冲击强度最高可达9.40 kJ/m^(2)。制备的复合材料克服了生物炭复合材料的脆性缺陷,对于进一步拓宽生物炭复合材料的应用范围具有重要意义。

短切碳纤维对GF-Fabric/EP夹层复合材料的增强作用研究

针对高速列车、新能源汽车等交通工具对高性能泡沫夹层复合材料的迫切需求,制备了玻璃纤维三维立体织物增强环氧树脂泡沫复合材料(下称GF-Fabric/EP复合材料)及其夹层结构,并重点探索短切碳纤维(Short carbon fiber,SCF)对其泡沫本身及夹层复合材料的增强作用。研究结果表明,SCF的填充通过受载时阻断环氧树脂泡沫内部裂纹的扩展,利用自身断裂及与基体脱粘等消耗能量,显著提升环氧树脂泡沫的力学性能,并可与玻璃纤维三维立体织物实现协同增强效果,在填充质量比为2%时复合材料力学性能最佳。同时,基于纤维的“桥联”作用,SCF的引入亦可有效改善铝合金面板与芯材的界面性能。

短切玄武岩纤维增强环氧树脂复合涂层的制备及性能研究

目的研究玄武岩纤维/树脂基体界面对涂层性能的影响,通过界面结构的调控提升复合涂层的综合性能。方法采用酸刻蚀、活化和化学接枝等改性方法处理短切玄武岩纤维,制备短切玄武岩纤维增强环氧复合涂层。通过扫描电子显微镜、硬度测试、摩擦磨损测试、热重分析、电化学测试等方法研究短切玄武岩纤维不同表面改性方法(酸刻蚀、酸刻蚀+化学接枝、活化处理、活化+化学接枝)和添加量对涂层硬度、摩擦磨损性能及腐蚀防护性能的影响。结果4种表面改性方法均对短切玄武岩纤维的表面活性有提升效果,改善了短切玄武岩纤维与环氧树脂的相容性。其中,活化+化学接枝协同改性的效果最为显著,经过该方法改性后,复合涂层的硬度、耐磨性、耐热性显著提高。与环氧涂层相比,复合涂层的摩擦因数降低了0.113,硬度提高了32.59%,相同温度(320℃)下的重量损失降低了5%。同时,复合涂层的耐蚀性也显著增强,浸泡133 d后的涂层阻抗值仍保持1×10^(8)Ω·cm^(2)以上。结论表面改性使短切玄武岩纤维与环氧树脂之间相容性增强,进而形成了强有力的相互作用与结合,使得环氧涂层的硬度、耐磨性能、耐热性能和腐蚀防护性能显著提升。

HEC分散剂和纤维掺量对短切碳纤维水泥基材料压敏性的影响

为提高碳纤维水泥基复合材料(CFRCC)的压敏性,研究了羟乙基纤维素(HEC)对CFRCC中短切碳纤维分散特征的影响,采用灵敏度系数法分别探究了不同HEC掺量和短切碳纤维掺量对CFRCC压敏性的影响规律,并根据电化学阻抗法和可蒸发水含量法分析了相应CFRCC的孔结构特征,然后采用SEM测试技术对CFRCC基体中短切碳纤维分散状况以及纤维与基体界面特征进行了深入观察。结果表明:HEC分散剂在CFRCC中的掺量为胶凝材料总质量的0.4%~0.6%时,可以使CFRCC具有良好力学性能的条件下发挥更好的压敏性;CFRCC基体水胶比在0.35时,短切碳纤维的分散效果最好。在相同水胶比条件下,随着短切碳纤维掺量的增加,CFRCC抗折强度均有不同程度的提高,而其抗压强度则逐渐降低。当短切碳纤维体积掺量为0.2%时,短切碳纤维在CFRCC基体中无互相搭接和成簇现象;综合考虑压敏性和力学性能,CFRCC中短切碳纤维的适宜掺量范围为0.2%~0.25%。

聚碳酸酯/短切碳纤维/二苯砜磺酸钾复合材料的阻燃性能

采用熔融共混方法制备了聚碳酸酯/短切碳纤维/二苯砜磺酸钾(PC/sCF/KSS)复合材料,通过垂直燃烧(UL-94)、极限氧指数(LOI)和锥型量热测试研究了同时加入sCF和KSS对PC阻燃性能的影响。结果表明,当加入质量分数2%的sCF和质量分数0.1%的KSS时,PC/2sCF/0.1KSS复合材料的LOI较纯PC(27.2%)大幅提高,达到36.2%,UL-94等级达到V-0级。sCF和KSS在降低PC热释放和烟释放方面表现出协同效应。与纯PC相比,PC/2sCF/0.1KSS复合材料的峰值热释放速率(pHRR)降低59%,峰值烟释放速率(pSPR)降低57%,峰值CO释放速率(pCOP)降低63%,均优于单独加入sCF或KSS的样品。在燃烧过程中,sCF和KSS的同时加入在PC复合材料中发挥了优异的凝聚相阻燃作用。此外,PC/2sCF/0.1KSS复合材料的冲击强度、拉伸强度、断裂伸长率与纯PC相比变化不大,力学性能得到保持。

随机多尺度短切碳纤维复合结构模型中RVE尺寸效应和方向模量的均一化响应

采用一种新型的多尺度短切纤维填充树脂均匀化方法,目的在于探寻随机短切纤维离散角度对复合结构方向模量的均一化响应,同时研究卷曲短切碳纤维(CCF)单元在具有代表体积元(RVE)结构中随机分布所引起的复合材料结构性能变化。在均一化方法中使用一种基于高斯定理的RVE结构子域后处理方案,用于提取三维结构的平均应变和应力。利用X射线计算机断层扫描方法确定2阶张量取向角和剪切纤维长度在测试样品中的概率分布信息,设计比较3种尺寸的RVE模型,通过实验和计算研究CCF多尺度复合模型应力影响区衰减长度的影响因素和该均匀化方法引起的带有旋转角度的RVE方向模量均匀化响应。研究结果表明,复合结构的剪切模量比正轴模量相对旋转角度更为敏感,衰减长度与RVE尺寸、单胞结构和纤维扭曲度等因素相关。因此,研究随机短纤维的离散性对宏观复合结构方向模量的设计,铺层角度的优化等领域具有十分重要的应用。

短切碳纤维在高能高燃速螺压改性双基推进剂中的应用

根据短切碳纤维的特性,进行高能高燃速改性双基推进剂配方设计。在推进剂中加入不同规格、不同含量的碳纤维,测试推进剂的燃烧性能、力学性能、内弹道性能,研究短切碳纤维对高能高燃速推进剂性能的影响。采用吸收-压延(平辊、沟槽)-螺旋压伸的制备工艺,用靶线法、最大抗拉强度/最大延伸率法、抗压强度/压缩法和比冲推力台法,测试了推进剂性能。结果表明:碳纤维的加入能够显著地提高推进剂的燃速;随着碳纤维长度和含量增加,推进剂燃速呈递增趋势;碳纤维加入后,推进剂的抗压强度有微小幅度的改善;推进剂内弹道性能稳定,曲线平滑,平台效应依然显著。

短切碳纤维增强环氧树脂形状记忆复合材料的制备与性能研究

为实现形状驱动能耗与复合材料力学性能的最佳配合,本文在热致环氧形状记忆聚合物基体中提高增韧剂新戊二醇二缩水醚(NGDE)含量来降低其玻璃化转变温度,同时添加短切碳纤维(SCF)来抵消由增韧剂引起的刚度降低负面效果。通过实验研究了不同NGDE、SCF含量对复合材料形状记忆转变温度、形状记忆性能和力学性能的影响。结果表明,增加NGDE含量可将环氧聚合物基体的形状记忆转变温度从90℃降至43℃,其储能模量和弯曲模量也随之降低。在11wt%NGDE上添加SCF后,复合材料的玻璃态储能模量、橡胶态储能模量、弯曲模量最高可提高至原始试样的1.9倍、7倍和2.4倍。

PES/短切CF混合膜层间增韧碳纤维复合材料的研究

将长度为0.5 mm的短切碳纤维(CF)粉末,分散在质量分数为25%的聚醚砜(PES)/N, N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中,通过浸没沉淀相转化法制备PES面密度相同但短切CF粉末面密度不同的混合膜,研究混合膜对真空辅助灌注成型制备的CF增强环氧树脂复合材料的I型断裂韧性的影响。研究结果表明,短切CF粉末与PES质量比在1∶4和2∶4时,其在PES溶液中分散良好,所制备的混合膜在120℃环氧树脂中可在13 min溶解完全。当混合膜中短切CF粉末的面密度为8.3 g/m^(2)时,所制备的复合材料的I型断裂韧性值最高;相比于未增韧复合材料的I型断裂韧性的起始值和增长值分别提升29.3%和34.8%,相比于纯PES薄膜增韧样的起始值和增长值分别提升6.9%和5.2%。

短切玻璃纤维对AGM隔膜性能的影响

研究了短切玻璃纤维在AGM隔膜中的应用及性能影响。实验研究表明,无碱耐腐蚀(ECR)玻璃纤维的强度性能更优异,且在酸性电解液中的抗腐蚀能力优于中碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维。一定的比例区间内,短切ECR玻璃纤维能有效提升AGM隔膜的拉伸强度、回弹性、透气度等性能,并且成本较低,但单丝直径较粗,不适合高比例的添加。