聚酰亚胺基纳米复合材料轴承的研制

主要介绍作为新型轴承材料的碳纤维增强聚酰亚胺/Al_2O_3纳米复合材料的力学性能和摩擦磨损性能,举例阐述了超混杂复合材料托辊用轴承的设计要点、成型工艺、PV值、许用温度及实验方法。试验证明,该纳米复合材料轴承的PV值可达1.29～1.50 MPa·m/s,其使用温度可达220℃以上,初步应用效果良好。

聚酰亚胺基纳米复合材料的研究进展

聚合物基纳米复合材料具有许多不同于常规复合材料的特性,如同步增韧增强、高强度、高模量、光电转换、高效催化等特性,因此是纳米复合材料研究领域的一个重要方面。主要介绍了聚酰亚胺(PI)基无机纳米复合材料的研究现状,阐述了不同纳米增强物质,如碳纳米管、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、二氧化钛(TiO2)和二氧化硅(SiO2)等5种无机纳米粒子自身的表面改性方法和他们对PI的改性机理。同时,综述了聚酰亚胺基纳米复合材料的有关性质及应用。

聚酰亚胺纤维/石英纤维混杂增强复合材料的制备及性能研究

结合石英纤维(QF)界面性能好、压缩性能优异以及高强高模聚酰亚胺(PI)纤维密度低、模量高的优势,通过层间混杂设计制备了一系列PI/QF混杂增强复合材料,讨论了混杂比和铺层结构对复合材料弯曲性能、压缩性能和介电性能的影响。结果表明:与石英纤维增强复合材料相比,聚酰亚胺增强复合材料具有更为优异的弯曲性能和在小应变下的抗压缩变形能力,但是压缩强度方面仍有不足;混杂增强复合材料均表现出优异的介电性能,介电常数在2.95~3.3之间,介电损耗小于8.0×10^(-3)。

铺层角度对聚酰亚胺纤维增强复合材料抗高速冲击性能影响

为探究聚酰亚胺纤维铺层角度对复合材料抗高速冲击性能的影响,制备了一系列不同铺层方式的聚酰亚胺纤维增强双马树脂基复合材料层合板,研究了铺层角度对复合材料损伤形貌、弹道极限速度和击穿吸能的影响。结果表明:不同铺层角度层合板内纤维各向异性越大,层合板变形量越大;[0/90]铺层具备最优抗高速冲击性能,非击穿情况下,[0/90]铺层的弹道吸能比[45/0/-45]铺层的弹道吸能效率提升61%,击穿情况下,[0/90]铺层击穿吸能比[30/0/-30]铺层击穿吸能提高68%;铺层角度影响冲击载荷在不同层间沿纤维轴向的传递,[0/90]铺层可以避免纤维横向剪切破坏,因此具备最优抗高速冲击性能。

高强型聚酰亚胺纤维增强热塑性树脂基复合材料防弹性能研究

采用S35高强型聚酰亚胺(PI)纤维作为增强体,热塑性树脂作为基体,采用热压工艺制备了织物结构和正交单向无纬(UD)结构复合材料靶板,通过弹道极限速度测试和背部变形测试,研究了增强体结构和界面结合强度对PI纤维增强热塑性树脂基复合材料防弹性能的影响。结果表明:高强型聚酰亚胺纤维表现出了优异的防弹性能;UD结构靶板更适用于防铅芯弹;织物结构靶板更适用于防破片;当界面剥离强度由5.45N/cm提高到26.44N/cm时,剥离后界面处的纤维表面形貌的破坏程度逐渐增加。当侵彻体为5.6g铅芯弹时,随着界面剥离强度的提高,复合材料靶板的防弹性能呈现出先提高后降低的趋势;并且靶板的背部变形逐渐减小,进一步证明了界面结合强度对复合材料靶板防弹性能的影响。

可重排聚酰亚胺基碳纳米纤维的制备与电化学性能

为了开发具有可持续环境友好型超级电容器储能装置,本文以自制的9,9’-双[4-(4-硝基-3-羟基苯氧基)苯基]芴(BAHPPF)和均苯四甲酸二酐(PMDA)为单体,采用低温缩聚反应制备聚酰胺酸(PAA)溶液,再通过静电纺丝技术制备出PAA纳米纤维。之后,经热酰亚胺化、热重排以及碳化处理制得可重排聚酰亚胺基碳纳米纤维(RPICNFs)。采用红外光谱、扫描电子显微镜、热重分析、X射线衍射、拉曼光谱、氮吸附和电化学性能测试等手段研究PAA溶液质量分数和碳化温度对RPICNFs的微观结构和电化学性能的影响。实验结果表明,当PAA溶液质量分数为25%、碳化温度为800℃时,制备的RPICNF-800-25试样表现出611.06 m^(2)/g的比表面积和0.391 cm^(3)/g的孔体积。当电流密度为0.5 A/g时,RPICNF-800-25的比电容达到171.3 F/g,且在10 A/g时仍保持初始电容的70%,具有较好的倍率性能。

PMR型耐高温聚酰亚胺基体树脂及复合材料的制备与性能研究

分别以3,4′-二氨基二苯基醚(3,4′-ODA)和3,3′,4,4′-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)作为二胺和二酐单体、5-降冰片烯-2,3-二甲酸酐(NA)作为封端剂,通过调节3种原料的化学计量比,在无水甲醇溶剂中合成了具有不同分子量的预聚体,并通过不同温度下的热处理获得了一系列聚酰亚胺(PI)树脂。结果表明:随着预聚体分子量的增加,固化后PI树脂的热稳定性得到提高,5%热失重温度(T_(5%))由460℃升至513℃,10%热失重温度(T_(10%))由513℃升至554℃;但是由于交联密度的降低,PI树脂的玻璃化转变温度(Tg)随预聚体分子量的增加从309℃降低至271℃。同时发现,合理的后固化可使PI树脂的耐高温性能得到提高。以该系列PI树脂为基体,采用手糊法制备了一系列碳纤维增强聚酰亚胺(CF/PI)复合材料,它们表现出优良的耐热性能(T_(5%):532~595℃,T10%:631~840℃,Tg:346~422℃)和机械性能(弯曲强度:559~811MPa,弯曲模量:46.3~59.9GPa,层间剪切强度:29.3~36.7MPa,冲击强度:88~104kJ/m^(2)),可实现在航空航天领域的耐高温应用。

面向高温储能应用的聚醚酰亚胺及其纳米复合材料研究进展

聚醚酰亚胺(PEI)是一类分子链结构含有醚键的聚酰亚胺,因其具有耐高温性、低介电损耗等性能而广泛应用于航空航天、电子仪表工业等领域。近年来,面向高温储能应用的PEI合成及其纳米复合材料的研究引起了国内外的广泛关注。本文首先概述了近年来PEI的分子结构设计及合成技术进展,然后对PEI与各种纳米填料,如陶瓷、碳纳米材料(碳纳米管、石墨烯)等复合形成PEI基纳米复合材料的制备工艺及复合材料的介电性能、力学性能及热性能等进行了综述。最后对PEI纳米复合材料的研究及应用趋势进行了展望。研究结果有望为面向高温储能的PEI及其纳米复合材料的制备、开发与应用提供借鉴。

内嵌聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构水中抗爆试验研究

为了分析新型内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构的水中抗爆性能,开展了水中爆炸作用下结构抗爆性能试验研究,对比了均质钢板、纯蜂窝夹芯夹层结构以及内嵌两种不同密度PMI泡沫蜂窝夹芯夹层结构的水中抗爆性能,分析了结构变形与破坏模式、结构表面压力特性以及结构后面板变形情况。结果表明,内嵌泡沫能够有效提升夹层结构的水中抗爆性能。研究结果可以为水中抗爆防护结构的轻量化设计及优化提供参考。

聚酰亚胺基固体润滑复合材料研究进展

聚酰亚胺(PI)具有优异的热学性能、力学性能、化学稳定性和低介电常数,被广泛应用在轴承、齿轮、制动器和微电子等领域,是一类广泛使用的固体润滑有机高分子材料。然而,纯PI因摩擦系数大、磨损率高的问题,严重影响服役寿命。本文首先总结了零维(0D)、一维(1D)和二维(2D)不同维度润滑相材料影响PI摩擦性能的研究进展,探讨了单一维度润滑相材料在PI基体中减摩耐磨的作用机理。其次,分析了多维度(0D-1D、0D-2D、1D-2D)润滑相杂化材料对PI基体的润滑作用规律,相较于单一维度润滑相材料,多维度润滑相杂化材料对改善PI摩擦性能的效果较好。进一步讨论了不同维度润滑相对PI复合材料力学性能的影响。最后指出,PI基固体润滑复合材料未来的研究方向除开发新型润滑相材料外,还需深入研究PI复合材料在不同工况下的摩擦行为,同时借助模拟仿真手段,揭示润滑相材料对PI的作用机理。

用于高性能微波吸收的聚酰亚胺衍生多孔碳/纳米磁性铁微粒复合材料

通过共沉淀法制备了F_(3)O_(4)磁性材料,通过真空冷冻干燥和高温热解的方法,制备了不同磁性微粒添加量的聚酰亚胺基多孔碳/纳米磁性铁微粒(PIC、PIC/Fe-1、PIC/Fe-2、PIC/Fe-3)复合吸波剂。聚酰亚胺优异的耐热性能,保证了高温热解过程中孔结构的完整。完整的多孔结构可改善了阻抗匹配条件。适量纳米磁性铁微粒的加入在改善介电损耗的同时增加了磁损耗,使电磁波在吸波剂内部快速衰减。PIC/Fe-2厚度为4.57 mm时,最小反射损耗(RL_(min))为-24.13 dB,厚度为4.89 mm时,有效吸收带宽(EABW,大于90%EMW吸收,RL低于-10 dB)为2.54 GHz。另外,PIC/Fe-3厚度为4.91 mm时,RL_(min)为-54.43 dB,厚度为5.18 mm时,EABW为2.65 GHz。工作中设计的聚酰亚胺基多孔碳/纳米磁性铁微粒吸收剂,EMW吸收性能较为优异,可作为吸波剂的候选材料。

聚酰亚胺/羟乙基纤维素复合纤维膜的制备及其电池性能研究

以羟乙基纤维素(HEC)作为聚酰亚胺(PI)纳米纤维膜的功能改性材料,通过原位一体化增强改性技术制备了PI/HEC纳米纤维复合隔膜,通过HEC对PI纳米纤维进行均匀粘接包覆提升PI纤维膜强度,同时将HEC的极性官能团作为功能位点均匀分布在PI纳米纤维表面实现锂离子流的调控。研究表明,HEC的引入赋予PI/HEC隔膜优异的拉伸强度(58.65 MPa)、高浸润性(接触角14.31°),高离子电导率(1.63 mS/cm)及高离子迁移数(0.58);PI/HEC组装的电池在0.1 C表现出高放电容量(170.1 mAh/g),尤其在2 C下仍具有良好的放电容量(135 mAh/g),且在1 C循环100圈后的容量保持率达69.43%,库伦效率接近100%。此外,在1 mA/cm^(2)(1 mAh/cm^(2))条件下的锂沉积测试中,PI/HEC电池稳定循环600 h后过电位低于0.23 V,且密度泛函理论计算证实HEC对锂离子有更高的结合能,因而HEC的极性基团可通过调控锂离子实现锂枝晶的抑制。

聚酰亚胺复合材料改性方法优化其摩擦学性能的研究进展

聚酰亚胺复合材料是一种常见的摩擦材料,具有良好的抗磨减摩性能。通过总结近几十年来聚酰亚胺复合材料的摩擦学性能的研究情况,综述纤维、晶须、固体润滑剂、纳米材料填充改性、聚合物共混的改性方法,分析并讨论不同改性方法对聚酰亚胺复合材料摩擦学性能的影响。指出对于聚酰亚胺摩擦学研究所面临的问题,并展望未来聚酰亚胺复合材料在摩擦磨损方面的发展方向。

原位制备低掺杂高导热聚酰亚胺纳米复合薄膜研究

导热聚合物材料广泛应用于各种电子设备和航空航天工业的热管理领域。添加高导热填料能改善聚合物材料固有的低导热系数,但高添加量会导致力学性能下降,限制其实际应用。因此,提高聚合物材料的导热系数并控制填料占比,以保留其良好的加工性与轻质性,成为该领域研究的热点。聚酰亚胺因其电绝缘性强、高热稳定性和优异的力学性能备受关注,然而,高填料占比会导致高成本和材料脆性等问题,难以满足实际生产需要。石墨烯以其大比表面积和优异导热性能,是导热填料的理想选择。提出了一种低含量(质量分数1%—5%)小片还原氧化石墨烯的掺杂策略,通过原位聚合制备聚酰亚胺导热复合薄膜。结果表明,利用改进Hummers法和差速离心法后还原制备的小片还原氧化石墨烯形成了有效的高导热碳纳米网络,显著提高了聚酰亚胺复合薄膜的热稳定性、力学性能和导热率。与纯聚酰亚胺薄膜相比,制备得到的SRGO/PI-3薄膜弹性模量提高了20.0%,SRGO/PI-5薄膜硬度提高了19.5%且导热率提高了3.35倍。这种低含量小片还原氧化石墨烯的掺杂策略,有望实现的高导热聚酰亚胺复合薄膜的大规模工业化制备和应用。

银修饰氮化碳纳米片/聚酰亚胺导热复合材料的制备与性能

基于多巴胺优异的表面包覆能力制备了聚多巴胺(PDA)改性氮化碳纳米片(CNNS),再通过化学还原法制备了具有优异界面相容性的银修饰氮化碳纳米片(Ag@CNNS)。将Ag@CNNS填充进聚酰亚胺(PI)基体中制备了PI复合材料,考察填料Ag@CNNS的含量对复合材料热稳定性、导热性能、力学性能和电绝缘性能的影响。结果表明,添加Ag@CNNS的复合材料表现出了良好的热稳定性;随着Ag@CNNS含量的不断提高,PI复合材料的导热系数随之提高,在Ag@CNNS质量分数为20%时,达到0.503W/(m·K)。同时,PI复合材料还保持了良好的力学性能和优异的绝缘性能,其体积电阻率达到了10^(12)Ω·cm,拉伸强度保持在80M~105MPa之间。体现出了PI复合材料在电子封装领域作为热管理材料的潜质。

差示扫描量热法测定石英纤维/聚酰亚胺复合材料的导热系数

基于差示扫描量热(DSC)法,研究了石英纤维/聚酰亚胺复合材料的导热性能。通过将熔融物质铟放置于试样之上和未放置试样时的热流信号的差异,计算出试样的导热系数,并对试验条件进行优化,得到了满意的结果。结果表明:在试样接触面涂抹导热硅油,可有效降低空气热阻,增大导热系数,使用该试样进行DSC测试,得到的测试结果准确、可靠且重复性较好。

树脂含量对聚酰亚胺树脂基复合材料摩擦学性能的影响

为明确树脂含量对复合材料摩擦学性能的影响,采用粉末冶金法成功制备了二硫化钨(WS2)与碳化硅(SiC)协同改性增强含铜聚酰亚胺(PI)树脂基复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学性能试验机、摩擦磨损试验机等手段探究了PI树脂含量对复合材料微观组织、物理力学性能、摩擦磨损性能及磨损机制的作用行为。结果表明,材料制备过程中仅存在树脂基体固化烧结,并未与增强相发生化学反应,从而确保各相充分发挥其性能。同时,发现PI树脂含量对复合材料显微组织存在显著影响,由WS2与SiC形成的“核-壳”结构从高树脂含量下较大的扁平状转变成低树脂含量下的类球状及细小扁平状结构;且复合材料的致密度及显微硬度均随PI树脂含量的降低而呈现先增大后减小的趋势,压缩强度则呈上升趋势。PI树脂基复合材料的磨损率及平均摩擦系数随PI树脂含量的降低呈现出先减少后增加的趋势,当PI树脂质量分数为50%时复合材料获得了最低的摩擦系数(0.42)和磨损率[0.89×10^(-14) cm^(3)/(N·m)]。随着PI树脂含量的减少,复合材料的磨损机制由磨粒磨损转变为疲劳磨损,最后转变为严重的磨粒磨损。

基于氟碳表面活性剂插层水滑石的聚酰亚胺纳米复合材料的制备与性能

以氟碳表面活性剂全氟辛基磺酸钾为插层剂,通过离子交换制备插层水滑石,并以其为填料,通过原位插层聚合方法,制备了水滑石/氟碳表面活性剂/聚酰亚胺纳米复合材料.用X射线衍射、红外光谱和热失重等方法分析插层水滑石结构.结果表明,全氟辛基磺酸钾插层水滑石后,水滑石的层间距由0.76 nm增加到2.52 nm,在水滑石层间构建了氟碳链的微环境.这种氟化水滑石可剥离分散于聚酰亚胺基体中,改善了纳米复合材料的气体阻隔性能、介电性能和机械性能.这种影响不仅体现无机纳米片层的杂化效果,而且展示出氟碳链的特点.

聚酰亚胺纳米纤维滤膜的制备及性能分析

为探究亚胺化温度对聚酰亚胺(PI)纳米纤维性能的影响,将二胺单体4,4-二氨基二苯醚(ODA)和二酐单体均苯四甲酸酐(PMDA)溶于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中,配制不同质量分数的聚酰胺酸(PAA)溶液,通过静电纺丝制成PAA纳米纤维滤膜,随后经过不同温度亚胺化处理形成PI纳米纤维滤膜,研究滤膜的微观形态、过滤性能、透气性能和透湿性能等。结果表明:PAA溶液质量分数为30%时,其纳米纤维形态最好;亚胺化温度为200℃时,滤膜的过滤效率为95.86%,阻力压降为610.56 Pa,过滤性能平衡关系最好,此时最大强度为3.24MPa,透气率为98.19 mm/s;亚胺化温度为190℃时,水接触角为95.26°,润湿性能最好;透湿性能随着亚胺化温度的升高而降低。

聚酰亚胺基BN微纳米复合材料的电气绝缘性能研究

通过原位聚合法制备了不同BN掺杂含量的聚酰亚胺基微纳米复合材料,使用扫描电镜、偏光显微镜、电气强度测试仪、介损及介电常数测量系统、皮安表和耐电晕老化实验装置对不同掺杂含量的微纳米复合PI薄膜的结构和电性能及耐电晕老化性能进行了研究。结果表明:随着BN微纳米颗粒掺杂量的增加,复合PI薄膜的电气强度先增大后减小,当掺杂含量为1%时,交流电气强度达到最大值219.6 kV/mm。掺杂BN后,复合PI薄膜的介电常数和介质损耗都有所增加,在高温下的电导电流小于纯PI薄膜。随着BN掺杂量的增加,复合PI薄膜的耐电晕老化性能逐步提升,在掺杂含量为20%时,复合PI薄膜的耐电晕老化时间是纯PI薄膜的116.7倍。