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基于D-A反应的热可逆聚氨酯合成及其碳纤维复合材料的制备与性能

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1914-1922页

作者：闫欣悦丁楠洋王成忠北京化工大学、材料科学与工程学院北京100029 碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京100029

以二异氰酸酯(MDI)、聚醚多元醇(PTMG)和2,5-呋喃二甲醇合成了含有呋喃结构的线型聚氨酯,与双马来酰亚胺基二苯甲烷(BMI)通过Diels-Alder反应制备了热可逆聚氨酯固化物,并制备了碳纤维单向复合材料。通过高温红外和DSC分析了聚氨酯树脂... 详细信息

以二异氰酸酯(MDI)、聚醚多元醇(PTMG)和2,5-呋喃二甲醇合成了含有呋喃结构的线型聚氨酯,与双马来酰亚胺基二苯甲烷(BMI)通过Diels-Alder反应制备了热可逆聚氨酯固化物,并制备了碳纤维单向复合材料。通过高温红外和DSC分析了聚氨酯树脂的热可逆行为,研究了树脂的溶解性、熔融再加工性及力学性能,分析了碳纤维复合材料的力学性能和动态机械性能。结果表明:热可逆聚氨酯固化物在热循环中有反复断键-交联行为,160℃左右可完成逆反应;采用高温溶剂溶解法或热熔法均可以进行再加工,再加工3次后仍能保持原有力学性能;碳纤维单向复合材料的层间剪切呈二次失效特点,层间剪切强度为34.85 MPa,玻璃化转变温度为93.73℃。

关键词：热可逆聚氨酯 D-A反应复合材料回收利用二次失效

硫酸环境下电流强度对碳纤维表面电化学活化的影响

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复合材料学报 2024年第4期41卷 1788-1797页

作者：马崇攀张洋张恒高爱君王宇北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京100029

碳纤维的碳含量在90%以上,表面惰性强,表面活化处理是其制备过程中的重要工艺。研究采用XPS、Raman、动态接触角、单丝拉伸和界面剪切强度等测试方法,借助非接触式阳极氧化装置,明确了稀H2SO4作为电解液时电流强度对电化学活化碳纤维表... 详细信息

碳纤维的碳含量在90%以上,表面惰性强,表面活化处理是其制备过程中的重要工艺。研究采用XPS、Raman、动态接触角、单丝拉伸和界面剪切强度等测试方法,借助非接触式阳极氧化装置,明确了稀H2SO4作为电解液时电流强度对电化学活化碳纤维表面结构和性能的影响。结果表明:活性氧[O]进攻碳纤维表面使其含氧活性官能团含量增加,在本研究范围内电流越大活化效果越显著;处于阳极附近的碳纤维,受静电与扩散作用影响,SO_(4)^(2−)和S_(2)O_(8)^(2−)进入碳结构内部间隙,碳纤维表面S/C升高,直径增大。在SO_(4)^(2−)刻蚀作用下,碳纤维表面无序碳结构脱落而缺陷减少,石墨化程度降低;SO_(4)^(2−)和S_(2)O_(8)^(2−)插层进入碳结构内部,通过静电作用形成缔合结构,在刻蚀和插层的共同作用下,碳纤维的单丝拉伸强度提升,最高提高了16.77%。0.5 A电流处理后,碳纤维表面粗糙度提升,表面可与环氧树脂基体反应的羟基、羧基官能团含量最高,碳纤维表面极性最强,与去离子水的动态接触角由未处理时的89.9°降低到50.6°,相应的复合材料界面剪切强度提高了47.70%。

关键词：碳纤维电化学活化表面结构稀硫酸活性氧[O]

石墨烯纳米片改性高模碳纤维复合材料的界面及湿热性能

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复合材料学报 2024年

作者：毛新东田艳红孙江曼张学军北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室

高模量碳纤维（HMCF）复合材料的界面性能一直是影响其应用的关键所在，对HMCF进行表面改性则是实现界面性能提高的重要途径之一。采用电泳沉积法将石墨烯纳米片（GNP）引入到HMCF表面，通过扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）对... 详细信息

高模量碳纤维（HMCF）复合材料的界面性能一直是影响其应用的关键所在，对HMCF进行表面改性则是实现界面性能提高的重要途径之一。采用电泳沉积法将石墨烯纳米片（GNP）引入到HMCF表面，通过扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）对改性前后的HMCF表面形貌、表面化学状态进行了表征，测试了改性前后HMCF增强环氧树脂复合材料的层间剪切强度（ILSS）和吸湿率。结果表明，HMCF表面电泳沉积GNP，不仅可以改善其增强环氧树脂复合材料的界面性能，同时也能降低复合材料的吸湿率。在GNP浓度为0.5 mg/mL，电泳沉积电压为10 V时，复合材料层间剪切性能提高了8.8%，达到75.6 MPa；90℃、80RH%环境下存放30天后，与未改性样品相比，其吸湿率降低了9.5%，存放60天后层间剪切性能仍保持在67.8 MPa。改性高模量碳纤维复合材料界面性能与耐湿热性能均得以提高。

关键词：高模碳纤维 GNP 电泳沉积复合材料湿热性能界面性能

基于光调控胆甾相液晶的圆偏振发光材料的研究进展

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中国科学：化学 2024年第8期54卷 1321-1328页

作者：康文欣任天淇孟宪宇李山郭金宝北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京100029

圆偏振发光(CPL)在手性荧光探针、圆偏振有机发光二极管和光学防伪等领域具有潜在应用.为了扩大CPL材料的应用范围,研究人员开始关注刺激响应型CPL活性材料.胆甾相液晶(CLC)因其高度有序的手性环境以及优异的可调性已成为刺激响应CPL活... 详细信息

圆偏振发光(CPL)在手性荧光探针、圆偏振有机发光二极管和光学防伪等领域具有潜在应用.为了扩大CPL材料的应用范围,研究人员开始关注刺激响应型CPL活性材料.胆甾相液晶(CLC)因其高度有序的手性环境以及优异的可调性已成为刺激响应CPL活性材料的理想选择.目前,基于CLC的光响应CPL材料已得到广泛开发,这些材料通常能在多组分系统中实现CPL信号响应.本综述重点关注CLC中光调控CPL的研究进展,总结了CPL调控的三种策略:(1)利用光驱动过程光开关分子的手性或螺旋变化调控CLC的CPL信号;(2)利用手性光开关与手性掺杂剂间手性竞争关系调控CLC的CPL信号;(3)利用光驱动非手性二向色性染料有序参数值变化调控CPL信号.本综述有望为基于光响应CLC的CPL调控提供重要的参考和指导,以推动其在更广泛领域的应用.

关键词：圆偏振发光光调控胆甾相液晶手性反转

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铝合金微通道换热器的腐蚀防护现状与进展

中国腐蚀与防护学报 2024年第4期44卷 993-1000页

作者：何佳璇张羽彤管旭东唐建华黄海赵旭辉唐聿明左禹北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京100029 浙江三花智能控制股份有限公司杭州310018

介绍了微通道换热器中存在的腐蚀问题,概述了包括冷却剂、合金相间电位差、大气污染物等腐蚀诱因和机理,并总结了缓蚀剂添加和基材表面处理等腐蚀控制手段;阐述了诸如化学镀、阳极氧化、化学转化、溶胶-凝胶处理等3003铝合金基材的表面... 详细信息

介绍了微通道换热器中存在的腐蚀问题,概述了包括冷却剂、合金相间电位差、大气污染物等腐蚀诱因和机理,并总结了缓蚀剂添加和基材表面处理等腐蚀控制手段;阐述了诸如化学镀、阳极氧化、化学转化、溶胶-凝胶处理等3003铝合金基材的表面防护技术,为耐蚀铝合金微通道换热器的开发和生产提供参考。

关键词：微通道换热器 3003铝合金耐蚀性表面处理

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碳纤维复合材料压缩强度影响因素研究

石油化工 2024年第4期53卷 525-531页

作者：张恒王若妍曾彤张洋高爱君王宇北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京100029

采用碳纤维束丝法制备碳纤维复合材料,借助DSC、XRD、SEM、万能材料试验机和动态接触角等测试方法,研究了碳纤维和树脂性能对碳纤维复合材料压缩强度的影响。实验结果表明,与环氧树脂E51相比,浇铸体拉伸模量较高的环氧树脂TDE85制备的... 详细信息

采用碳纤维束丝法制备碳纤维复合材料,借助DSC、XRD、SEM、万能材料试验机和动态接触角等测试方法,研究了碳纤维和树脂性能对碳纤维复合材料压缩强度的影响。实验结果表明,与环氧树脂E51相比,浇铸体拉伸模量较高的环氧树脂TDE85制备的碳纤维复合材料压缩强度较高;在本研究范围内,树脂环向支撑厚度增加有利于碳纤维复合材料压缩强度的提高;受微晶结构抵抗外界破坏能力的影响,HTS40,CCF300,CCF700H三种碳纤维复合材料的压缩强度随着碳纤维拉伸强度和拉伸模量的增大而增大,而T800H,GW5535,M40J三种碳纤维复合材料的压缩强度随拉伸模量的增加呈下降趋势。

关键词：碳纤维束丝压缩性能树脂拉伸模量

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

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化工新型材料 2024年第8期52卷 106-110页

作者：刘少飞徐鸿杰王占文战佳宇田国峰武德珍江苏先诺新材料科技有限公司常州213149 碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京化工大学北京100029

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:... 详细信息

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)。

关键词：聚酰亚胺纤维石英纤维混杂复合材料介电性能

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机械辊子上纤维束展宽模型的建立

复合材料学报 2024年第5期41卷 2704-2712页

作者：徐然许文翀王明欢任峰信春玲何亚东北京化工大学机电工程学院北京100029 教育部高分子材料加工装备工程研究中心北京100029

制备预浸带需要将纤维束铺展变宽以便于树脂浸润,而牵引张力是纤维束展宽的动力来源,当前纤维束的展宽模型少有涉及牵引张力的影响效果。针对纤维束在机械棍子上的牵引展宽过程,结合受力分析得出纤维束运动系统的输入功及沿轴向、横向... 详细信息

制备预浸带需要将纤维束铺展变宽以便于树脂浸润,而牵引张力是纤维束展宽的动力来源,当前纤维束的展宽模型少有涉及牵引张力的影响效果。针对纤维束在机械棍子上的牵引展宽过程,结合受力分析得出纤维束运动系统的输入功及沿轴向、横向上的摩擦消耗功,依据能量守恒原理建立纤维束展宽模型。利用实验室自行搭建的机械棍子预分散装置,对展宽模型进行对比验证与分析。结果表明:牵引张力是纤维束展宽的重要原因,机械辊子个数、半径、光滑程度及纤维束与辊子间的包角都会影响纤维束的展宽,相较于Wilson展宽模型,能量平衡展宽模型能够更好地预测纤维的展开宽度,可用于指导纤维束的预分散过程。

关键词：纤维束展宽能量平衡机械辊子预浸带预分散设备

锥柱一体化复合材料壳体结构设计与损伤失效分析

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复合材料学报 2024年

作者：牟星刘浩范玉辉祖磊张骞贾晓龙何景轩丁文辉郑鹏刘添英周立川合肥工业大学机械工程学院西安航天动力技术研究所固体推进全国重点实验室北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室

锥柱一体化复合材料壳体作为新兴固体火箭发动机主体承载结构形式，相较于直筒结构固体火箭发动机壳体纤维缠绕结构形式复杂，且其在承受内压载荷下的损伤失效过程及失效模式不明晰。为此，本文构建了锥柱一体化复合材料壳体分析模型，... 详细信息

锥柱一体化复合材料壳体作为新兴固体火箭发动机主体承载结构形式，相较于直筒结构固体火箭发动机壳体纤维缠绕结构形式复杂，且其在承受内压载荷下的损伤失效过程及失效模式不明晰。为此，本文构建了锥柱一体化复合材料壳体分析模型，开展了锥柱一体化缠绕异型结构件线型规划，失效模式、爆破位置、以及爆破压强预测方面研究。结果表明锥柱一体化复合材料壳体交接处存在应力突变现象，削弱了该处纤维缠绕层的承载能力，且主要呈现为环向纤维断裂失效模式。本文研究成果可以为锥柱一体化复合材料壳体的结构铺层设计与失效分析提供理论依据。

关键词：复合材料壳体锥柱一体化结构设计渐进损伤纤维缠绕