多尺度相增强碳泡沫复合材料的性能研究

以CNTs改性酚醛树脂为碳源,硼酸镁晶须(Mg_(2)B_(2)O_(5)w)、纳米ZrO_(2)为增强相,空心微球为分散相,制备了微纳米多尺度相协同增强碳泡沫复合材料。研究了微纳米相对碳泡沫的微观结构、力学性能、电磁屏蔽和热氧化性能的影响。结果表明,Mg_(2)B_(2)O_(5)w和ZrO_(2)对碳泡沫的性能起到协同增强效果。随着Mg_(2)B_(2)O_(5)w含量的增加,复合材料的力学性能先增大后减小,Mg_(2)B_(2)O_(5)w含量为6%(质量分数)的碳泡沫(6%CPF)力学性能最佳,压缩强度为15.4 MPa,比纯碳泡沫提高了111%。其电磁屏蔽性能随Mg_(2)B_(2)O_(5)w含量的增加逐渐提高;9 GHz下,含8%Mg_(2)B_(2)O_(5)w的碳泡沫,电磁屏蔽效能高达51 dB,较改性前提高了62%。6%CPF的耐高温氧化性能最佳,600℃等温氧化20 min,碳泡沫的质量损失由25%降低为15%;与改性前相比,耐高温氧化性能提高了40%。

纳米ZrO_(2)改性泡沫炭复合材料的制备与性能

为改善传统泡沫炭的性能,以碳纳米管改性树脂为基体,纳米ZrO_(2)粒子为增强相,通过压塑成形-高温热处理制得纳米ZrO_(2)改性泡沫炭复合材料。采用扫描电子显微镜、万能试验机和网络分析仪研究纳米ZrO_(2)含量对泡沫炭复合材料的微观结构、力学性能以及电磁屏蔽效能的影响;通过热常数仪研究改性前后泡沫炭复合材料的热导率,分析其高温传热行为。结果表明:纳米ZrO_(2)粒子质量分数为5%时,泡沫炭复合材料隔热性能最好,800℃下热导率仅为0.213 W·m^(-1)·K^(-1),较改性前降低了38.6%;其压缩强度和比压缩强度达到最大值,分别为11.6 MPa和23.7 MPa·cm^(3)·g^(-1),较改性前分别提高了65.7%和51.5%。此时泡沫炭复合材料的电磁屏蔽效能在8.2~12.4 GHz下的均值为57 dB,较纯泡沫炭提升了74%。

碳纳米管/碳泡沫复合材料的制备及其性能

为提高碳泡沫复合材料的力学性能和电磁屏蔽性能,以硼酚醛树脂为碳源,碳纳米管(CNTs)为增强相,空心微球为闭孔相,利用压塑成型-碳化工艺制备CNTs/碳泡沫复合材料,并在其表面包覆镍层。采用扫描电子显微镜、万能试验机、网络矢量仪等,研究了CNTs含量对碳泡沫复合材料的微观结构、压缩性能及电磁屏蔽性能的影响。结果表明:CNTs均匀分散在微球相表面;当其质量分数为0.8%时,碳泡沫复合材料的压缩性能最优(19 MPa),较改性前提高了850%;CNTs作为纳米增强相,其自身的拔出断裂效应改善了复合材料的压缩性能。CNTs的引入,增加了该复合材料对电磁波的吸收损耗,其电磁屏蔽性能显著提高。改性后,其电磁屏蔽效能最高可达54 dB,较改性前提高了83%。

多尺度相改性碳泡沫复合材料的制备及性能

为了提升传统碳泡沫的性能,以聚苯乙烯微球和酚醛微球为模板,酚醛树脂为碳源,纳米SiO_(2)颗粒为增强相,制备了一种含微纳米多尺度相的碳泡沫复合材料。分别采用电子扫描显微镜、热失重测试仪、万能试验机等,研究碳泡沫前驱体及不同SiO_(2)含量下,碳泡沫复合材料的微观结构、热稳定性、力学性能及抗氧化性能。结果表明:纳米SiO_(2)颗粒的引入,使碳泡沫复合材料的压缩性能显著提高,这得益于SiO_(2)相对裂纹扩展的阻碍;SiO_(2)质量分数为5%的碳泡沫复合材料,压缩强度和比压缩强度均达到最大,分别为12.2 MPa和33.5 MPa·cm^(3)·g^(-1),较改性前分别提高76.8%和65.3%。该样品的耐热氧化性能最优,在650℃下氧化25 min,其质量损失由33%降低为20%,较改性前相比,耐高温抗氧化能力提高了39.4%。

埃洛石纳米管改性酚醛复合泡沫的性能研究

碳泡沫复合材料的性能易受前驱体制约,为优化碳泡沫复合材料前驱体的性能,以酚醛树脂为基体,酚醛微球为分散相,埃洛石纳米管(HNTs)为增强相,经模压成型、高温固化处理,制备了HNTs改性酚醛复合泡沫。采用扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机和热重分析仪等对该酚醛复合泡沫的微观结构、力学性能、热稳定性能进行表征分析。结果表明,HNTs相的引入,可显著提高酚醛复合泡沫料的力学强度与断裂韧性,这得益于酚醛微球和HNTs有效阻碍了裂纹扩展,消耗裂纹扩展功。HNTs质量分数为4%的酚醛复合泡沫,压缩强度和比压缩强度均达到最大,分别为15.4 MPa和38.7 MPa·cm^(3)·g^(-1),较纯酚醛复合泡沫分别提高了65.6%和59.3%。改性酚醛复合泡沫具有良好的热稳定性,起始分解温度均在350℃以上。800℃下的残炭率均超过60.8%,最高可达68.3%,这得益于HNTs对树脂基体分解的延缓与热量传递的延缓。埃洛石纳米管改性酚醛复合泡沫的研发,有助于提高其衍生碳泡沫材料的综合性能,对碳泡沫材料应用于空天领域具有重要意义。

改性SiO_(2)气凝胶隔热材料的制备及其性能

为提高二氧化硅气凝胶材料的综合性能,采用酸-碱两步法成功制备改性二氧化硅气凝胶,并以芳纶纤维毡为骨架支撑体与二氧化硅气凝胶进行复合。利用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜及能谱等对其进行表征,测试并分析其疏水性能、整体热防护性能及阻燃性。结果表明,改性二氧化硅气凝胶属于疏水型材料(接触角为133.89°),其热防护值(TPP)、辐射热传导指数(RHTI 24)和对流热传导指数(CHTI 24)依次为645.46±54.38 kW·s·m^(-2)、12.5 s、9.1 s。阻燃性能测试结果显示试样的损毁长度为40 mm,未出现阴燃、续燃、熔融、滴落等现象。参照行业标准,改性二氧化硅气凝胶材料的关键指标达到隔热材料的要求,其在航空航天、化工、建筑、消防等领域具有潜在的应用前景。

碳化温度对CF/Pd催化剂电催化氧化甲醇性能的影响

为了探究碳化温度对CF/Pd催化剂电催化氧化甲醇性能的影响,本文采用静电纺丝-热处理碳化-浸渍法制备了一系列CF/Pd催化剂,碳化温度分别设定为800、1000和1200℃,并对所得CF/Pd催化剂样品进行了微观形貌表征、成分分析及电化学测试。研究发现,800℃时,PAN/CA纤维已完全碳化,但随着碳化温度的升高,CF/Pd催化剂的纤维化程度逐渐降低,黏结现象逐渐明显,电催化氧化甲醇性能呈现先增加后降低的趋势。当碳化温度为1000℃时,CF/Pd催化剂的电催化氧化甲醇性能最佳,其催化活性是商用Pd/C催化剂的5.4倍,稳定性是商用Pd/C催化剂的16.2倍。

热固化聚富马酸丙二醇酯/丙烯酸羟乙酯材料的制备与性能

以富马酸二乙酯和1,2-丙二醇为原料,通过两步反应成功合成了聚富马酸丙二醇酯(PPF),以PPF和丙烯酸羟乙酯以不同质量比热固化构筑体系材料。利用FTIR、^(1)HNMR对PPF进行了表征,通过TG-DSC、全自动视频接触角测试仪、拉伸试验机测试了体系材料的热稳定性、润湿性能、力学强度,评价了体系材料的体外细胞毒性及降解性能。结果表明,体系材料具有较好的热稳定性、亲水性及力学强度,其水接触角为(53.28°±2.36°)~(76.17°±0.81°),拉伸剪切强度、拉伸粘接强度、最大抗压强度、三点弯曲强度分别为(1.33±0.08)~(1.63±0.54)MPa、(1.86±0.07)~(3.18±0.29)MPa、(60.47±3.47)~(88.15±7.09)MPa、(18.77±1.12)~(20.63±1.48)MPa。体外降解实验结果表明,随着浸泡时间的延长,体系溶液pH呈下降趋势,pH变化值为0.093~0.628。当PPF和丙烯酸羟乙酯质量比为3∶1时,试样3的失重率和吸水率最高,分别可达11.20%和38.27%,降解速率较为缓慢。此外,体系材料对MC3T3-E1小鼠颅顶前骨细胞的毒性轻微。