玄武岩纤维增强复合材料力学性能的研究进展

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)凭借优异的机械性能、热稳定性、耐化学性和耐酸碱腐蚀等优点被应用于航空航天、汽车、土木工程、建筑等各个领域,然而相比于玻纤和碳纤增强复合材料,国内外对BFRP的研究还较少,BFRP的力学性能仍有很大的提升空间。其中,基体与玄武岩纤维之间的界面结合性能对于提高复合材料的力学性能至关重要。综述了BFRP力学性能方面的研究现状,分析了纤维与基体界面结合性能对BFRP力学性能的影响,并总结了几种常见的增强BFRP中纤维与基体界面结合性能方法,以期对高性能BFRP的研究发展及高端应用提供参考。

橡胶复合材料中炭黑微观结构图像的拟合算法

将炭黑聚集体视为由多个圆形原生粒子构成,对橡胶复合材料中炭黑聚集体形态进行图像拟合分析。基于炭黑补强橡胶复合材料的微观结构图像,在采用图像分割和阈值迭代等方法处理图像背景缺陷的基础上,研究了轮廓骨架算法、最大内切圆算法和K-means聚类算法3种拟合算法处理炭黑聚集体图像,并用峰值信噪比和结构相似度2个指标对图像拟合效果进行评价。结果表明,轮廓骨架算法拟合炭黑聚集体形态效果最优,更适用于炭黑补强橡胶复合材料微观结构重构时对炭黑聚集体形态的描述。

环氧化溶聚丁苯橡胶用作大分子偶联剂改性白炭黑/顺丁橡胶复合材料的性能研究

制备环氧度为15%的环氧化溶聚丁苯橡胶(ESSBR),以其作为大分子偶联剂对白炭黑/顺丁橡胶(BR)复合材料进行改性,研究白炭黑/ESSBR/BR复合材料的性能,并与偶联剂Si69/白炭黑/溶聚丁苯橡胶(SSBR)/BR复合材料进行对比。结果表明,白炭黑/ESSBR/BR复合材料的白炭黑分散性、拉伸性能、抗湿滑性能和耐磨性能均有不同程度的提高,滚动阻力降低,且无挥发性有机化合物的排放,该复合材料可用于轮胎胎面胶。

基于金属有机框架材料的VOCs传感器应用进展

采用传感器对挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)进行实时监测对人体健康和环境保护具有重要意义。金属有机框架材料(MOFs)可调的孔径和开放的金属位点有利于气体的选择性吸附,被证明是提升气体传感性能的理想材料。本文综述了基于MOF材料的VOCs传感器的主要进展,分析了MOF材料在化学电阻和化学电容传感器中发挥的作用及作用机理,并对该领域面临的主要挑战和前景进行了展望。

聚醚胺改性氧化石墨烯/环氧化溶聚丁苯橡胶复合材料的制备与性能研究

采用聚醚胺D400(简称D400)改性氧化石墨烯(GO),制备D400-GO/环氧化溶聚丁苯橡胶(ESSBR)复合材料,并对其结构和性能进行研究。结果表明:通过傅里叶红外变换光谱和X射线光电子能谱分析确定D400成功地接枝到GO表面;接枝D400可以改善GO在ESSBR基体中的分散性,增强GO与ESSBR基体的结合能力;与GO/ESSBR复合材料相比,D400-GO/ESSBR复合材料的拉伸性能、抗湿滑性能、气密性和耐磨性能提高。

T700碳纤维/环氧树脂复合材料热降解实验研究

针对T700碳纤维增强环氧树脂复合材料的热降解行为以及回收所得碳纤维的力学性能进行了研究。研究结果表明,碳纤维的存在增加了环氧树脂降解时所需的活化能,热降解反应的温度、时间和气氛等因素对环氧树脂基体降解效果以及回收碳纤维力学性能均有影响。在空气条件下500℃处理30 min后碳纤维表面没有残留物,但其回收纤维的拉伸强度保留率仅为77.6%。通过首先在氮气气氛高温短时热处理,再在空气气氛下450℃进行30 min热降解的两步法处理后,碳纤维表面残炭得到去除,回收碳纤维的拉伸强度保留率达到了90.4%,由其制备单向复合材料的层间剪切强度保留率可达到75.8%。

碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶的研制与应用进展

氢能是21世纪最有潜力的新型能源,具有高能、环保、可再生等优点,但氢气的储运技术滞后严重限制了其大规模应用。碳纤维缠绕复合材料氢气瓶因具有质量轻、韧性强、耐疲劳性好等优点,在储氢领域具有广阔的应用前景。本文综述国内外高压气态储氢技术研究现状,并结合国产碳纤维复合材料应用现实,论述了碳纤维缠绕储氢气瓶制备的技术要点、标准规范以及成型设备等方面的最新进展,展望了碳纤维缠绕储氢气瓶的产业前景。

受阻酚AO-80/氯化丁基橡胶/丁腈橡胶复合材料的制备及阻尼性能

制备了炭黑增强的受阻酚AO-80/氯化丁基橡胶(CIIR)/丁腈橡胶(NBR)复合材料,利用扫描电镜、动态力学分析仪、力学性能测试等手段研究了该复合材料的微观形态、力学性能、动态力学性能和阻尼性能及其关系。结果表明,受阻酚AO-80与CIIR/NBR共混胶的相容性良好。AO-80/CIIR/NBR复合材料呈现2个玻璃化转变温度,分别对应于CIIR相和NBR相。随着复合材料中AO-80用量的增加,NBR相的玻璃化转变温度大幅度向高温方向移动,其最大损耗因子从1.24提高到2.02,损耗峰面积不断增大,显示出优异的阻尼性能。炭黑的加入可有效提高AO-80/CIIR/NBR复合材料的力学性能,但其损耗因子明显降低。综合考虑阻尼性能和力学性能,复合材料中的炭黑用量以30份(质量)为宜。

丁腈橡胶/受阻酚AO-60复合材料的形状记忆特性

制备了丁腈橡胶(NBR)/受阻酚AO-60复合材料,考察了AO-60用量对复合材料的热性能和微观结构的影响,研究了不同AO-60用量和形变下复合材料的热致形状记忆特性。结果表明,随着AO-60用量的增加,复合材料的玻璃化转变温度(Tg)逐渐升高,添加100份AO-60时,复合材料的Tg升高至-1.2℃;无论在低形变还是在高形变下,NBR/AO-60复合材料的形状固定率和形状回复率均高于90%,表明复合材料具有良好的形状记忆特性,且其可重复性非常高;在NBR/AO-60复合材料中,AO-60与NBR之间形成大量的氢键,通过控制氢键网络的作用和强度可以调控材料的特征转变温度。

复合材料气瓶铝内衬缺陷对疲劳及爆破性能的影响

研究了复合材料气瓶在生产过程中金属内衬存在的凹坑、裂纹以及腐蚀等的缺陷类型,并且对存有以上缺陷类型的复合气瓶进行疲劳及爆破实验,研究其对气瓶的性能影响。结果表明:金属内衬缺陷的存在会使得气瓶在承受内压载荷的过程中,金属内衬在缺陷位置出现应力集中,提前出现裂纹的扩展,使得金属内衬失效,无法充分发挥复合材料层高强度的优势,使得复合材料气瓶的疲劳失效次数及爆破强度大大降低,影响最终的使用性能。

我国高性能高分子复合材料发展现状与展望

高性能高分子复合材料因其优异的综合性能,成为国防与国民经济建设不可或缺的战略性关键材料,已在航空、航天、风力发电、轨道交通、汽车等领域进行应用,发展前景广阔。本文分析了我国发展高性能高分子复合材料的宏观需求,综述了高性能高分子复合材料中碳纤维、芳纶、高性能玻璃纤维等纤维增强体以及复合材料用高分子树脂基体如环氧树脂、酚醛树脂、特种树脂的发展现状及特点,研判了高性能高分子复合材料发展存在的问题以及今后发展的目标与任务。研究发现,碳纤维领域初步形成了从关键技术研发到工程化生产的产业化体系,材料向高性能和低成本双向发展;对位芳纶产业化初步成功;玻璃纤维则保持低速扩张;高性能高分子复合材料树脂基体产业则面临严峻的发展形势。基于发展需求,从注重自主创新、坚持需求牵引、重视产业链建设、加强人才培养与支持产业创新建设等方面提出了发展建议,以期为我国高性能高分子复合材料的发展提供参考借鉴。

碳纳米管对炭黑/丁苯橡胶复合材料耐疲劳性能的影响

分别以1,2,3和4份碳纳米管等量替代炭黑填充制备丁苯橡胶（SBR）复合材料,并对其宽应变内（30％～100％）的耐疲劳性能进行研究.结果表明：随着碳纳米管用量的增大,在相同应变下,SBR复合材料的疲劳寿命缩短,裂纹增长速率增大;复合材料的疲劳裂纹增长速率对撕裂能的敏感度降低,当撕裂能较大时,碳纳米管用量对裂纹增长速率影响不大.

不同填料填充集成橡胶对复合材料动态粘弹性能的影响

研究炭黑、双相填料和白炭黑对集成橡胶(SIBR)动态粘弹性能的影响。结果表明:SIBR胶料的门尼粘度,结合胶质量分数与低场核磁共振曲线均能表征填料与橡胶基体间的相互作用程度,且三者之间存在着一致的相关性;与白炭黑和双相填料相比,炭黑与橡胶基体之间具有最强的相互作用;3种填料中,双相填料在橡胶中具有最弱的填料网络结构,白炭黑具有最强的填料网络结构。

短纤维/白炭黑/天然橡胶复合材料撕裂性能的研究

采用新型裤形撕裂试样,研究白炭黑和短纤维补强的天然橡胶(NR)复合材料在不同撕裂速率下的撕裂性能。结果表明:白炭黑/NR复合材料在低撕裂速率下有较高的撕裂强度,反之撕裂强度降低,撕裂在中低撕裂速率下呈现典型的"粘附-滑移"特点,在高撕裂速率下呈现"锯齿状";在短纤维/白炭黑/NR复合材料中,撕裂路径在中低撕裂速率下明显向腿部偏移,在高撕裂速率下也出现波动较小的"锯齿状"撕裂,撕裂路径和撕裂强度更为稳定。

白炭黑/丁苯吡橡胶/顺丁橡胶复合材料的性能研究

对比研究白炭黑填充溶聚丁苯橡胶/顺丁橡胶(BR)、乳聚丁苯橡胶/BR和丁苯吡橡胶(VPSBR)/BR复合材料的性能。结果表明:白炭黑在VPSBR/BR并用胶中的分散较好,相应胶料定伸应力较高,0℃下的tanδ较大,耐磨性能较好;提高VPSBR/BR并用胶中BR用量可降低胶料60℃下的tanδ,且耐磨性能变化不大。

少量不同填料对炭黑/丁苯橡胶复合材料抗疲劳破坏性能的影响及其机理

对于炭黑/丁苯橡胶复合材料,用5份白炭黑、黏土和淀粉分别等量替代炭黑,研究了复合材料在宽广应变范围(30%～100%)的疲劳破坏性能。结果表明,30%应变下,加入黏土胶料的疲劳寿命提高了1倍;100%应变下,加入白炭黑胶料的疲劳寿命提高了1倍;加入淀粉胶料的疲劳寿命下降。原因是由于在30%的应变下,加入黏土提高了复合材料的滞后能,而生热不大,且片层状黏土对裂纹扩展有较强的阻碍作用;加入白炭黑胶料的滞后能不变,由于白炭黑的粒径小于炭黑,抗裂纹能力提高,因而在所研究的应变范围内其抗疲劳破坏性能提高;由于淀粉的粒径是微米级的,且加入淀粉后复合材料的滞后能降低,因此其抗疲劳破坏性能降低。

碳纳米管/炭黑/天然橡胶复合材料的性能研究

研究碳纳米管/炭黑/天然橡胶复合材料的性能。结果表明:碳纳米管的加入能明显提高复合材料的定伸应力,具有一维取向排列且长径比较大的碳纳米管Flotube 7000对物理性能的提高作用明显;碳纳米管与炭黑并用对提高复合材料的导热性能具有一定的负协同效应。

受阻酚AO-80/混炼型聚氨酯复合材料的制备及阻尼性能研究

在混炼型聚氨酯(MPU)中加入受阻酚AO-80制备AO-80/MPU复合材料,并对其性能进行研究。结果表明:受阻酚AO-80与MPU的热力学相容性良好;随着受阻酚AO-80用量的增大,受阻酚AO-80/MPU复合材料的玻璃化温度逐渐向高温方向移动;与纯MPU相比,复合材料的损耗因子最大值增大,有效阻尼温域拓宽,物理性能下降,阻尼性能明显提高;当受阻酚AO-80用量为40份时,复合材料的阻尼性能和综合物理性能良好。

石墨烯/二氧化锆纳米复合材料的制备及其防腐性能研究

采用静电吸附与水热法制备一种石墨烯/二氧化锆(rGO/ZrO_2)复合材料,将所制备的rGO/ZrO_2作为填料加入环氧树脂涂料中,得到环氧复合防腐涂料。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及红外光谱(FI-IR)分析rGO/ZrO_2的结构及微观形貌,采用电化学阻抗谱(EIS)分析rGO/ZrO_2环氧涂层的防腐性能。结果表明:ZrO_2纳米颗粒均匀分散在rGO上,平均粒径约为5～10 nm;与纯环氧涂层、rGO环氧涂层、ZrO_2环氧涂层相比,rGO/ZrO_2环氧涂层的防腐性能最好,其阻抗值为7.00 GΩ·cm^2。

不同结构充油溶聚丁苯橡胶/炭黑/白炭黑复合材料的结构与性能

研究了炭黑/白炭黑填充的苯乙烯/乙烯基含量不同的充油溶聚丁苯橡胶(HPR 757 D和Buna VSL 5025-2 HM)的物理机械性能及动态力学性能,观察了填料在硫化胶中的微观分布情况。结果表明,炭黑与白炭黑相互镶嵌地分布在橡胶基质中,形成交织的填料网络。高苯乙烯基含量的HPR 757 D的拉伸强度、撕裂强度及耐磨性能优异,滚动阻力较小,填料与橡胶间的结合力强,填料的分散性较好。用白炭黑等量取代炭黑可以提高胶料的拉伸强度,降低其动态压缩温升。但炭黑/白炭黑的最佳配比与橡胶基质的分子结构有关,主链双键含量越高,白炭黑的用量也随之增多。