聚席夫碱/碳纳米管复合材料的制备及储锂性能

为解决席夫碱单体在锂离子电池应用中因活性物质溶解而导致的容量降低问题,以对苯二甲醛和对苯二胺为原料,采用一步缩合法制备以C=N键连接的聚席夫碱(PI)。向PI中掺入碳纳米管(CNTs),进一步制备导电性能较强的聚席夫碱/碳纳米管(PI/CNT)复合材料。采用FT-IR,SEM,XRD,TG,XPS及电化学工作站对制备的聚席夫碱材料的成分、结构、微观形貌及电化学性能进行分析。结果表明:加入5%CNTs(质量分数)的PI/CNT-3材料为三维框架结构,表现出优异的电化学性能。PI/CNT-3材料首次放电比容量为209.9 mAh·g^(-1),200次循环后,循环保持率为60.5%;当充放电倍率分别为0.1 C,0.2 C,0.5 C,1 C,0.1 C时,PI/CNT-3电极材料的比容量分别为182.4,150.8,129.8,101.3,156.4 mAh·g^(-1),具有良好的循环稳定性和倍率性能。

聚吡咯共轭结构对碳纤维增强树脂基复合材料热循环稳定性能的影响

为解决碳纤维增强树脂基复合材料(CFRPs)存在的碳纤维与基体间界面黏结性较弱和在热循环过程中因热膨胀系数不匹配而产生界面破坏的问题,通过低温聚合得到含有较多共轭结构的聚吡咯(PPy)对预处理后碳纤维(CF)进行表面改性,分别在0、30、60℃下制得碳纤维/聚吡咯复合纤维(PPy/CF),并研究了不同聚合温度下制备的CFRPs的界面结合性能、热膨胀性能和热循环稳定性能。结果表明:PPy/CF-0纤维的表面粗糙度与CF相比增加了2.09倍,这有利于树脂锚定在碳纤维表面,从而提高界面结合性能;并且PPy/CF-0纤维表面的聚吡咯层具有较完善的共轭结构,整体表现为负热膨胀系数,使得复合材料的层间剪切强度和界面剪切强度分别达到了CF的1.56倍和1.70倍;此外还使得CFRPs的热循环稳定性有了较明显的提升,经100次热循环实验后,其剪切强度仍能保持在初始数值的70%以上。

连续碳纤维增强聚酰胺6复合材料拉板的制备与性能研究

采用连续碳纤维增强聚酰胺6预浸料通过缠绕-模压成型工艺制备复合材料拉板。采用自制的拉伸工装对复合材料拉板的拉伸性能进行评测,研究其破坏形式及失效机制。研究发现,增加模压成型压力可以减少复合材料中的孔隙,使孔隙缩小,减少内部缺陷,使结构更致密,提高拉板的拉伸强度。未加套环拉板拉伸破坏位置在其端部,外层纤维被拉塌劈裂,只有内层纤维一直起作用直至被拉断,拉伸强度较低。加套环拉板拉伸破坏位置是在侧面靠近轴套位置,纤维是拉断破坏,断裂截面比较平齐;整个拉伸过程中,套环的横向约束使所有纤维都能够很好地发挥抗拉作用,使其具有较高的拉伸强度。

超支化聚酰亚胺上浆剂对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料力学性能的影响

聚醚醚酮(PEEK)性能优异,但是由于其分子链段呈惰性,在与碳纤维复合时无法形成化学键相互作用,导致界面强度较低。针对该问题,首先通过两步法制备得到超支化聚酰亚胺,随后利用化学接枝方法对碳纤维表面进行超支化聚酰亚胺的上浆改性处理,再将其与PEEK制备得到碳纤维增强PEEK复合材料,采用表面形貌、表面能、层间剪切强度、断面形貌等方法研究了上浆改性对复合材料性能的影响。结果表明:在超支化聚酰亚胺上浆后,碳纤维表面粗糙度提高,表面能提升至48.0 mN/m,并且表面能中的极性分量下降,表示其与非极性树脂的浸润性提升;与未改性前相比,改性后碳纤维增强PEEK复合材料的层间剪切强度和拉伸强度分别提高了52.4%、39.8%。

碳纤维表面处理及其对碳纤维/聚芳基乙炔复合材料力学性能的影响

聚芳基乙炔(PAA)是一种新型的热防护材料,但PAA为非极性树脂,作为基体材料使用时存在着化学结构惰性,不易润湿增强体———碳纤维(CF)的缺点。为此,本工作对CF采用表面氧化处理后接枝丙烯酸的改性方案,研究与非极性基体相匹配的界面特性。结果表明,阳极氧化处理增加了纤维表面的极性官能团,提高了与丙烯酸的接枝反应能力,从而在碳纤维表面引入了与PAA相似的双键结构,有利于改善CF/PAA复合材料的界面结合,使碳纤维 /PAA复合材料的力学性能大幅度提高。

碳纤维增强热塑性聚酰亚胺及其复合材料

采用双螺杆共混挤出法,在热塑性聚酰亚胺(TPI)树脂中添加碳纤维(CF)进行复合增强,实验研究了碳纤维种类、加入量及成型方法对复合材料力学性能的影响。结果表明:碳纤维的加入能显著提高材料的常温和高温力学强度,并与碳纤维种类有关;复合材料的拉伸和弯曲强度均随着碳纤维加入量的增大而升高;相对于模压成型方法,注塑成型可获得更高强度的复合材料。由扫描电镜(SEM)观察到的材料拉伸和弯曲断面的微结构形貌,初步探讨了碳纤维的增强机理。

聚碳硅烷制备C/C-SiC高温复合材料的应用

SiC陶瓷复合材料具有抗氧化、耐高温等综合性能,已在宇航领域得到广泛应用,聚合物先驱体——聚碳硅烷经高温裂解,可制备SiC陶瓷复合材料。主要进行了聚碳硅烷的结构与性能分析,以及其用于制备PIP-SiC基陶瓷复合材料的研究。结果表明,C/C-SiC炭陶双基材料结合了C/C复合材料使用温度高、C/SiC复合材料抗氧化性能优良的特点,随着基体中PIP-SiC含量的增加,提高了C/C-SiC复合材料的综合力学性能和抗氧化烧蚀性能。采用"CVI+PIP"工艺研制的3D C/C-SiC复合材料弯曲强度高达468.4MPa,拉伸强度高达348.6 MPa,600 s条件下的氧乙炔烧蚀的线烧蚀率为0.001 7 mm/s、质量烧蚀率为0.000 6 g/s,使C/C-SiC复合材料达到了长寿命的使用目的。

碳纤维(CF)表面接枝对聚酰亚胺(PMR-15)基复合材料界面性能的影响

通过冷等离子体连续表面接枝技术对 CF进行表面处理 ,采用 XPS对 CF表面组成及特征基团变化进行分析。同时测定了 CF/ PMR- 15层间剪切强度、拉伸强度和冲击强度 ,研究了表面接枝对 CF/ PMR-

碳纤维增强聚酰胺6复合材料的结晶行为研究

通过偏光显微镜和差示扫描量热仪(DSC)研究了碳纤维(CF)和滑石粉对聚酰胺6(PA6)结晶行为的影响。结果表明,CF 的加入在 PA6和 CF 的界面诱发横品,CF 和滑石粉在 PA6基体中起到了异相成核作用,改变 PA6的成核机理和晶体生长方式,提高了起始结晶温度和结晶速率。结晶速率随着等温结晶温度的升高而下降。当冷却速率增大时,起始结晶温度下降,结晶度增大。

聚碳硅烷/二乙烯基苯快速升温裂解制备C_f/SiC复合材料

以聚碳硅烷(PCS)/二乙烯基苯(DVB)为先驱体,采用快速升温裂解制备了3D-BCf/SiC复合材料。结果证明:裂解升温速率的提高可以大大缩短制备周期,同时可以提高材料密度和形成较好的界面结合,从而提高材料的力学性能。制备得到的Cf/SiC材料室温弯曲强度达到556 7MPa。

新型含锆聚碳硅烷制备C/C-SiC-ZrC复合材料及烧蚀性能

目的提高C/C-SiC复合材料的抗烧蚀性能。方法通过交联固化-碳化工艺获得新型含锆聚碳硅烷(Polyzirconocenecarbosilane,PZCS)裂解产物。采用FT-IR、XPS、TG、XRD、SEM等分析手段表征PZCS先驱体基本结构和固化、裂解产物结构及元素分布等。以PZCS为溶液浸渍先驱体,通过PIP工艺制备得到C/C-SiC-ZrC复合材料,采用氧乙炔烧蚀试验表征其抗烧蚀性能。结果PZCS陶瓷先驱体经过交联固化工艺能够显著提高其陶瓷产率。TG结果表明,980℃时陶瓷产率达66.37%,所得陶瓷粉末为分散均匀的SiC-ZrC复相陶瓷。C/C-SiC-ZrC复合材料经过氧乙炔试验烧蚀600s后,其线烧蚀率为0.0067mm/s,表现出良好的抗烧蚀性能。结论SiC-ZrC复相陶瓷基体烧蚀过程中,氧化形成SiO2和ZrO2等氧化物涂层,氧化物隔离层能够隔离氧气和热量,阻止其向复合材料内部进一步扩散,可有效提高复合材料烧蚀性能。

聚吡咯/石墨型氮化碳复合材料的制备及其导电/电化学性能

通过原位聚合反应制备出聚吡咯/石墨型氮化碳(PPy/g-C3N4)复合材料,研究不同gC3N4质量分数对PPy/g-C3N4复合材料的导电性能及电化学性能的影响.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射技术及红外光谱对复合材料的形貌结构进行表征;利用四探针测试仪和电化学工作站测试复合材料的导电性能及电化学性能.结果表明:聚吡咯分散在g-C3N4表层或插层于g-C3N4片层中;复合材料的电导率随着g-C3N4质量分数的增加,呈现先增大后减小的趋势,当g-C3N4质量分数达到15%时,材料电导率最大;复合材料具有良好的氧化还原可逆性,同时随g-C3N4质量分数的增加,电荷容纳能力也相应提高.

纳米碳纤维/聚二甲基硅氧烷复合材料的制备及其力学性能

为制备综合力学性能优异的纳米碳纤维(CNFs)增强聚合物复合材料,利用超声分散设备,采用1.6g/L的十二烷基酸钠(SDS)对纳米碳纤维进行表面处理,制备出不同纳米碳纤维质量分数的纳米碳纤维/聚二甲基硅氧烷复合材料.SEM和复合材料拉伸结果表明SDS分散处理在一定程度上能改善碳纳米纤维与基体的界面结合和分散情况,提高复合材料的拉伸性能.当纳米碳纤维的含量在3wt%左右时,复合材料的拉伸强度达到最大.动态拉伸结果表明对CNFs的表面处理能增加复合材料在动态变形时的内摩擦,且材料的动态力学性能稳定.

原位聚合制备碳纳米管/PMMA复合材料的研究

采用原位聚合的方法 ,制备了多壁碳纳米管 /聚甲基丙烯酸甲酯复合材料。多壁碳纳米管经过强酸氧化处理 ,表面具有有机活性。碳纳米管的加入并未使聚合诱导期延长 ,但令体系粘度增加 ,自加速现象提早出现。DMA和TGA的研究表明 ,碳纳米管用量少于 1 0 %的复合物玻璃化温度降低 ,分解温度无显著变化。加入 1 0 %的碳纳米管可以使PMMA复合材料冲击强度提高 80 %以上。断面扫描电镜表明 。

聚碳硅烷化学转化制备SiC_w／SiC复合材料的研究

研究了以ＳｉＣ晶须为增强剂和以聚碳硅烷为先驱体热解制备ＳｉＣｗ／ＳｉＣ陶瓷基复合材料的成型工艺及其热物理性能。同时对ＳｉＣｗ／ＳｉＣ复合材料高温氧化机理进行探索。制得的ＳｉＣｗ／ＳｉＣ复合材料的密度为２．１９／ｃｍ￣３，弯曲强度为２５０ＭＰａ。

低分子量聚碳硅烷制备3D-Cf/SiC复合材料

研究了低分子量聚碳硅烷(PCS)通过先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备Cf/SiC复合材料.分析表明:PCS的数均分子量为400,活性较强,陶瓷化产率为70%左右,在1200℃基本转化为微晶态的β-SiC.分别通过3种不同升温速率制备了3D-Cf/SiC复合材料试样,其弯曲强度分别为745.2 MPa、686.7 MPa和762.5 MPa,明显高于文献报道3D-Cf/SiC复合材料弯曲强度300～500 MPa的水平.试样断口的SEM照片均显示长的纤维拔出,有良好的增韧效果,低分子量PCS裂解得到的基体比较致密.实验结果说明,低分子量PCS适合于制备3D-Cf/SiC复合材料,并且提高升温裂解速率对材料性能影响很小.

新型碳/聚硅乙炔基防热复合材料的制备与性能

以聚硅乙炔树脂(PMR)为基体制备出了一种新型的碳/聚硅乙炔基防热复合材料(C/PMR),并全面评价了树脂基体的固化性能、耐热性能、以及复合材料的界面性能、力学性能与烧蚀性能。结果表明:PMR固化物具有比酚醛更高的耐热稳定性,其在N2下的5%热失重温度(T5)为608℃,900℃下的残重高达89.7%(酚醛约65%)。复合后,C/PMR单向板的剪切强度为22MPa,织物增强型C/PMR的拉伸强度、弯曲强度和线烧蚀速率分别为187MPa、96MPa和0.46mm/s。

连续碳纤维增强聚酰胺6复合材料的研究

以拉挤熔融浸渍制备连续碳纤维增强聚酰胺6（CFRPA6）复合材料，通过改变碳纤维（CF）的长度和含量考察材料的各项性能。结果表明，复合材料中CF长度由2～4mm（短CF）增加到8～10mm（长CF），拉伸强度、弯曲强度和硬度最大增幅分别为25．7％、31．7％和3．1％；当CF含量为15％时，长CF增强PA6复合材料的冲击强度比短CF增强PA6提高了16．3％；与短CF增强PA6相比，在长CF含量为3％时，长CF增强PA6的吸水率降幅最大，为15．7％；但CF的长度对CFRPA6复合材料的线膨胀系数影响不大。随着CF的含量增加，除冲击强度外，其他性能均有改善。在CF含量为15％时，短CF增强PA6和长CF增强PA6的拉仲强度比纯PA6分别提高了101．7％和141．9％；弯曲强度比纯PA6分别提高了152．6％和196．2％；硬度比纯PA6分别提高了8．7％和12．1％。冲击强度比纯PA6分别下降了47．7％和39．2％。15％短CF和15％长CF增强PA6的吸水率均为1．3％，比纯PA6下降了31．8％。当CF含量为3％时降幅最大，短CF和长CF增强PA6的线膨胀系数分别下降了89．5％和84．2％。

不同分子量聚碳硅烷的性能及对C/C-SiC复合材料增密的影响

以四种分子量级别聚碳硅烷(PCS)为浸渍剂,采用CVD和浸渍-裂解工艺制备了C/C-Si C复合材料,分析了四种分子量级别PCS的分子量、软化点,分子结构和热失重性能,采用压汞法测试试件的孔隙分布特性。分析表明,PCS的软化点和800℃转化率都随着分子量的提高而提高;四种分子量级别的PCS热分解过程基本相同,分子的支化程度差异不大。数均分子量为1 178、1 333的PCS的整体致密化效率要高于数均分子量为1 550的PCS,经过7个周期致密后,分子量为1 178的PCS所致密试样的累积孔隙容积最高,分子量为1 550的PCS所致密的试样最低。前5个浸渍裂解致密周期采用分子量为1 550的PCS,以后周期采用分子量为1 178或1 333的PCS,可以达到较高的致密效率。

上浆剂对国产碳纤维/聚酰亚胺复合材料界面性能的影响

采用2种高温型上浆剂(溶液型和乳液型)对国产CCF300(表面已去浆)碳纤维进行上浆处理。通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和接触角测试等手段,研究上浆剂对碳纤维表面性能的影响。通过对层间剪切强度(ILSS)的测试,研究上浆剂对碳纤维增强聚酰亚胺复合材料界面性能的影响。结果表明:2种上浆剂均能在碳纤维表面引入大量含氧官能团,增加碳纤维的表面能,并改善碳纤维与树脂间的浸润性;溶液型上浆剂使复合材料的ILSS提高了17%,乳液型上浆剂使复合材料的ILSS提高了12%,在高温下溶液型上浆剂表现出更好的耐热性能。