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炭纤维/聚醚酮酮湿法复合诱导非晶态粘附以增强界面剪切强度的研究（英文）

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新型炭材料（中英文） 2023年

作者：张凤李博澜焦梦晓李言博王昕杨禹阳玉球张骁骅中国科学院山西煤炭化学研究所中国科学院炭材料重点实验室东华大学纺织面料技术教育部重点实验室纺织学院纺织科技创新中心

炭纤维与聚醚酮酮之间的界面粘接是影响其复合材料力学性能的关键因素，因此如何高效地将聚醚酮酮浸透到炭纤维束中尤为关键。本工作基于聚醚酮酮的高溶解性，采用湿法加工策略将其引入到炭纤维表面。聚醚酮酮优异的润湿性保证了其在炭... 详细信息

炭纤维与聚醚酮酮之间的界面粘接是影响其复合材料力学性能的关键因素，因此如何高效地将聚醚酮酮浸透到炭纤维束中尤为关键。本工作基于聚醚酮酮的高溶解性，采用湿法加工策略将其引入到炭纤维表面。聚醚酮酮优异的润湿性保证了其在炭纤维表面的完全覆盖和紧密结合，使微液滴法评估界面剪切强度成为可能。通过溶液浸渍，聚醚酮酮可以完全均匀地填充炭纤维束内部，从而获得较高的层间剪切强度。研究表明炭纤维与聚醚酮酮的最大界面剪切强度和层间剪切强度分别达到107.8和99.3 MPa。这种优异的力学性能归因于理想复合所带来的限域效应，使得聚醚酮酮在炭纤维间形成了非晶态结构，从而显著提高了粘附作用。

关键词：聚醚酮酮炭纤维润湿性非晶态粘附界面强度

表面官能化对热塑性涂层改性炭纤维表界面性质的影响

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新型炭材料 2021年第6期36卷 1169-1178页

作者：苏亚男经德齐张兴华张寿春中国科学院山西煤炭化学研究所碳纤维制备技术国家工程实验室山西太原030001 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学院山西煤炭化学研究所山西省热塑性先进复合材料工程研究中心山西太原030001

本文利用混酸氧化以及乙二胺接枝的方法得到羟基和氨基官能化炭纤维(CF―OH和CF―NH_(2)),之后进行磺化聚醚醚酮上浆处理,制备了热塑性上浆剂涂层改性的功能化炭纤维(CF―OH―SPEEK以及CF―NH_(2)―SPEEK),并研究表面官能团对热塑性涂... 详细信息

本文利用混酸氧化以及乙二胺接枝的方法得到羟基和氨基官能化炭纤维(CF―OH和CF―NH_(2)),之后进行磺化聚醚醚酮上浆处理,制备了热塑性上浆剂涂层改性的功能化炭纤维(CF―OH―SPEEK以及CF―NH_(2)―SPEEK),并研究表面官能团对热塑性涂层改性炭纤维表面以及复合材料界面性质的影响。结果表明,经表面功能化处理后,炭纤维的表面官能团含量以及表面润湿能力得到了明显的提高。核磁氢谱分析显示,引入的—OH、—NH_(2)等基团与磺化聚醚醚酮发生化学反应,提高炭纤维和上浆涂层之间的结合能力。因此,与磺化聚醚醚酮直接涂层改性的退浆炭纤维(Desized-SPEEK)相比,CF―OH―SPEEK以及CF―NH_(2)―SPEEK与聚醚醚酮复合时界面剪切强度分别提高了6.2%和14.0%,证明表面功能化处理有利于提高热塑性涂层改性的炭纤维复合材料的界面结合能力。

关键词：炭纤维聚醚醚酮表面功能化表面性能界面剪切强度

以中间相沥青为粘结剂的低密度高导热炭纤维网络体的研究

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无机材料学报 2019年第10期34卷 1030-1034页

作者：欧阳婷陈云博蒋朝费又庆湖南大学材料科学与工程学院长沙410082 湖南大学汽车车身先进设计与制造国家重点实验室长沙410082

以中间相沥青为粘结剂,采用500℃低温炭化炭纤维,经低压模压成型、炭化和石墨化后得到低密度高导热炭纤维网络体。与以1300℃炭化炭纤维为原料和以酚醛为粘结剂制备的炭纤维网络体进行了比较。对粘结剂炭收率(热重分析)、样品微观形貌(... 详细信息

以中间相沥青为粘结剂,采用500℃低温炭化炭纤维,经低压模压成型、炭化和石墨化后得到低密度高导热炭纤维网络体。与以1300℃炭化炭纤维为原料和以酚醛为粘结剂制备的炭纤维网络体进行了比较。对粘结剂炭收率(热重分析)、样品微观形貌(扫描电子显微分析)、石墨化度及微晶尺寸(X射线衍射分析)等进行了表征。研究结果表明:由于高炭收率和高片层取向度的中间相沥青与500℃低温炭化处理炭纤维共同经历后续热处理时呈现出相近的热收缩率,因而具备良好的相互粘结性和石墨片层铆接效应,其制备的炭纤维网络体经石墨化后密度为0.317g·cm^–3,由此制备的相变复合材料的面内热导率为19.30W·m^–1·K^–1,较纯相变材料(石蜡)提升了80倍,明显高于以1300℃炭化炭纤维为原料,以中间相沥青和酚醛分别为粘结剂制备样品的面内热导率(17.03和14.47 W·m^–1·K^–1)。

关键词：中间相沥青炭纤维高导热相变复合材料

炭纤维/纳米TiO_2/PEK-C复合材料NOL环的制备及性能研究

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固体火箭技术 2013年第3期36卷 390-393页

作者：李伟姚树勇陈平王亮杨雯东沈阳航空航天大学航空航天工程学部辽宁省高性能聚合物基复合材料重点实验室沈阳110136

采用在线溶液浸渍/原位固结的缠绕成型方法制备连续炭纤维增强PEK-C复合材料。考察了影响炭预浸带质量的工艺因素,分析了加工温度及纳米TiO2含量对复合材料NOL环层间剪切强度的影响,对其界面破坏机理进行了探讨。研究表明,在一定加工温... 详细信息

采用在线溶液浸渍/原位固结的缠绕成型方法制备连续炭纤维增强PEK-C复合材料。考察了影响炭预浸带质量的工艺因素,分析了加工温度及纳米TiO2含量对复合材料NOL环层间剪切强度的影响,对其界面破坏机理进行了探讨。研究表明,在一定加工温度范围内,NOL环的力学性能良好,且适量的纳米TiO2可有效改善树脂和纤维的界面粘接效果,提高复合材料的层间剪切强度。

关键词：炭纤维纳米TiO2 PEK-C 缠绕成型热塑性复合材料

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炭纤维含量对新型陶瓷摩擦材料性能的影响

材料工程 2013年第2期41卷 45-49页

作者：施俭亮付业伟李贺军费杰朱文婷张翔西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

采用模压成型工艺制备了5种不同炭纤维含量的新型陶瓷摩擦材料。研究了炭纤维含量对材料的力学性能、摩擦磨损性能的影响,并利用扫描电子显微镜观察了磨损后材料的表面形貌。结果表明:随着炭纤维含量的增加,抗压强度、抗剪切强度均先增... 详细信息

采用模压成型工艺制备了5种不同炭纤维含量的新型陶瓷摩擦材料。研究了炭纤维含量对材料的力学性能、摩擦磨损性能的影响,并利用扫描电子显微镜观察了磨损后材料的表面形貌。结果表明:随着炭纤维含量的增加,抗压强度、抗剪切强度均先增大后减小;材料耐热性好,350℃条件下无热衰退;随着炭纤维含量增加,摩擦因数减小,稳定性提高;低温下磨损率先减小后增大,高温下高炭纤维含量有利于降低磨损率的增长。

关键词：炭纤维新型陶瓷力学性能摩擦磨损性能

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炭纤维复合材料微波固化技术研究进展

固体火箭技术 2018年第5期41卷 627-635页

作者：张青常新龙张有宏岳春国张磊陈向东火箭军工程大学航空宇航科学与技术学院西安710025

综述了近年来微波固化技术的发展和研究情况。对微波固化机理研究现状进行了总结,探讨了微波固化过程对炭纤维复合材料玻璃化转变温度、界面结合性能、力学性能、产物孔隙率等方面的影响。目前,微波固化过程是否存在"非致热效应"仍有很... 详细信息

综述了近年来微波固化技术的发展和研究情况。对微波固化机理研究现状进行了总结,探讨了微波固化过程对炭纤维复合材料玻璃化转变温度、界面结合性能、力学性能、产物孔隙率等方面的影响。目前,微波固化过程是否存在"非致热效应"仍有很大的争论。微波固化过程可以提高复合材料玻璃化转变温度,改善炭纤维与树脂基体界面结合性能,然而,微波固化产物中孔隙的存在将严重影响材料力学性能。为改善固化产物质量,首先应当避免炭纤维复合材料微波固化过程中的"打火现象",其次,保证微波固化过程温度分布均匀,并改进固化工艺。微波固化技术具有很大的发展前景,随着炭纤维复合材料制造呈现模块化、一体化成型趋势,能够固化质量可靠、结构复杂、形状复杂的大型构件是微波固化技术的发展方向。

关键词：微波固化炭纤维复合材料微波固化装置

反应压力对炭纤维表面SiC涂层制备及组织结构的影响

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稀有金属材料与工程 2021年第11期50卷 3890-3895页

作者：谢翔旻苏哲安王亚峰黄启忠中南大学粉末冶金研究院湖南长沙410083

以硅粉为硅源,采用原位反应法在炭纤维表面制备了SiC涂层,并研究了反应压力对SiC涂层的制备、组织结构及抗氧化性能的影响。结果表明:常压下制备的涂层疏松多孔,表面有较多的SiC纳米线,而负压下制备的涂层致密均匀。静态氧化测试表明:... 详细信息

以硅粉为硅源,采用原位反应法在炭纤维表面制备了SiC涂层,并研究了反应压力对SiC涂层的制备、组织结构及抗氧化性能的影响。结果表明:常压下制备的涂层疏松多孔,表面有较多的SiC纳米线,而负压下制备的涂层致密均匀。静态氧化测试表明:与常压下制备的SiC涂层相比,负压下制备的SiC涂层抗氧化性能更好,主要是由于涂层致密均匀,能够更好地阻隔氧气的扩散。根据实验结果,探讨了反应压力对SiC涂层生长机理的影响。常压下,沉积粒子能量低,难以克服遮蔽效应,因此易形成疏松多孔的涂层;而负压下,沉积粒子能量高,表面扩散率高,易形成致密均匀的涂层。

关键词：反应压力炭纤维原位反应 SiC涂层抗氧化性能

炭纤维/尼龙12复合粉体的制备及选择性激光烧结行为

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功能材料 2016年第4期47卷 174-177页

作者：吴琼陈惠巫静夏笑虹许小曙边宏刘洪波湖南大学材料科学与工程学院长沙410082 湖南华曙高科技有限公司长沙410205

采用液相氧化法对PAN基短切炭纤维进行表面改性,再与尼龙12混合,采用选择性激光烧结成形技术制备炭纤维/尼龙12复合粉体试样。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征炭纤维改性前后的表面状态、复合粉体的分散状况及... 详细信息

采用液相氧化法对PAN基短切炭纤维进行表面改性,再与尼龙12混合,采用选择性激光烧结成形技术制备炭纤维/尼龙12复合粉体试样。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征炭纤维改性前后的表面状态、复合粉体的分散状况及烧结试样的断口形貌。探讨了复合粉体的烧结行为及烧结试样的力学性能与孔隙率的关系。结果表明,改性炭纤维表面的含氧基团在激光烧结时热分解产生气体,导致烧结试样孔隙率较高、力学性能较差。改性炭纤维经高温热处理可以在保留炭纤维表面粗糙度的同时有效降低烧结试样的孔隙率,与未改性炭纤维/尼龙12试样相比,拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量均有不同程度的提高。

关键词：炭纤维尼龙12 液相氧化选择性激光烧结力学性能

羟基氨基改性硅油阳离子乳液的合成及其在炭纤维原丝油剂中的应用

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新型炭材料 2020年第5期35卷 585-590页

作者：李健华姜彦波王振宇郭甲东贾宏菲高爱君李智尧汤钧杨春才吉林化工学院先进纤维及复合材料研究院吉林长春132022 吉林化纤集团有限责任公司吉林长春132022 北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 连云港神鹰复合材料科技有限公司江苏连云港222002 吉林大学化学学院吉林长春130012

为制备储存稳定、适合聚丙烯腈基(PAN)炭纤维原丝生产用油剂,利用三步法合成了一种具有自乳化特性的羟基氨基改性硅油(HA-PDMS),并与商业化的环氧改性硅油产品进行复配制备成炭纤维原丝油剂(P-OA)。在PAN生产线上,使用P-OA和日本竹本油... 详细信息

为制备储存稳定、适合聚丙烯腈基(PAN)炭纤维原丝生产用油剂,利用三步法合成了一种具有自乳化特性的羟基氨基改性硅油(HA-PDMS),并与商业化的环氧改性硅油产品进行复配制备成炭纤维原丝油剂(P-OA)。在PAN生产线上,使用P-OA和日本竹本油剂(J-OA)分别生产上油的PAN原丝P-PAN和J-PAN;对P-PAN和J-PAN进行炭化处理制备相应炭纤维P-CF和J-CF。利用FT-IR和1H-NMR确认HA-PDMS结构;利用激光粒度分析仪、热重分析仪和表面张力仪对P-OA与J-OA进行特性分析;利用摩擦系数仪、毛羽量测试仪、纤维强力仪对上油后的原丝和炭化后的炭纤维进行测试表征和对比分析。结果表明,上油后的P-PAN单丝拉伸强度较J-PAN有所提高;炭化后P-CF较J-CF拉伸强度、拉伸模量均有提高,而毛羽量显著减小。

关键词：羟基氨基改性硅油聚丙烯腈基炭纤维原丝油剂炭纤维