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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]

硫酸体系下高模碳纤维在不同电场环境中的阳极氧化行为

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材料工程 2024年第6期52卷 122-131页

作者：肖婧田思源周航王宇徐樑华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

高模量碳纤维的惰性表面导致其与树脂基体之间薄弱的界面结合,限制高模量碳纤维复合材料在众多应用场景中性能的发挥。阳极氧化作为目前唯一可与碳纤维生产线并线运行的表面处理技术,常用的以碳酸氢铵为代表的碱性电解质在氧化高模碳纤... 详细信息

高模量碳纤维的惰性表面导致其与树脂基体之间薄弱的界面结合,限制高模量碳纤维复合材料在众多应用场景中性能的发挥。阳极氧化作为目前唯一可与碳纤维生产线并线运行的表面处理技术,常用的以碳酸氢铵为代表的碱性电解质在氧化高模碳纤维时效果有限,氧化性更强的酸性电解质体系下的阳极氧化机制缺乏系统研究。采用稀硫酸对模量为371 GPa的碳纤维进行电化学阳极氧化处理,系统研究电流密度、电解质浓度等关键要素对高模量碳纤维表面极性结构的影响规律,继而研究表面处理效果对碳纤维/环氧树脂复合材料界面剪切强度的影响规律,建立表面处理要素与复合材料界面性能的关联性。结果表明:处理后的碳纤维在保持原有表面形貌和石墨化结构的基础上,在碳纤维的无定型碳和芳香环状结构区域发生氧化反应,反应后纤维表观石墨化程度降低,表面能增大,表面含氧官能团含量增加。在当硫酸浓度为1.0%(质量分数)、电流密度为0.26 mA/cm^(2)时,此时碳纤维的表面能最高,为57.7 mN/m,相比于未处理的碳纤维提高了62.08%,与环氧树脂的界面剪切强度达到80.9 MPa,相对于未处理对应的21.8 MPa提高了2.7倍,处理后碳纤维的单丝拉伸强度不受损。

关键词：高模量碳纤维阳极氧化硫酸界面性能拉伸强度

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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

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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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

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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

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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

有机硅胶粘剂加速老化与自然老化的相关性研究

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中国胶粘剂 2024年第7期33卷 31-36,42页

作者：毕骁毅安靖怡李子阳储甜甜张孝阿张军营北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室材料科学与工程学院北京100029

选取一种单组分有机硅胶粘剂在国内典型气候条件下的漠河和敦煌两个试验站进行了自然大气暴露试验,同时在实验室环境下进行了热空气老化、湿热老化、高低温交变老化和氙灯老化4种人工加速老化试验。通过测试老化后有机硅胶粘剂试样的拉... 详细信息

选取一种单组分有机硅胶粘剂在国内典型气候条件下的漠河和敦煌两个试验站进行了自然大气暴露试验,同时在实验室环境下进行了热空气老化、湿热老化、高低温交变老化和氙灯老化4种人工加速老化试验。通过测试老化后有机硅胶粘剂试样的拉伸强度、断裂伸长率和拉伸剪切强度3种力学性能,采用灰色关联分析的方法,计算了自然老化与各种人工加速老化之间的关联度,找出了退化趋势与自然老化最相似的加速老化条件,并用Pearson相关系数的方法进行了验证。进而进行了加速因子的计算,根据加速因子即可快速预测有机硅胶粘剂在自然老化过程中的性能退化规律。研究结果表明:以拉伸剪切强度的保留率为性能衰退指标时,氙灯老化试验与漠河和敦煌两个地区自然老化试验的相关性最大,关联度分别为0.92和0.95,加速因子分别为5.51和4.14。

关键词：有机硅胶粘剂自然老化试验加速老化试验灰色关联加速因子

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缩合型阻燃陶瓷化硅橡胶的制备和性能

合成橡胶工业 2024年第2期47卷 87-92页

作者：储甜甜邢叔文李子阳刘润竹张孝阿王成忠张军营北京化工大学材料科学与工程学院/碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京100029

以α,ω-端羟基聚硅氧烷为基体、复合陶瓷粉和气相白炭黑为填料,通过脱氢缩合制备了阻燃陶瓷化硅橡胶,考察了复合陶瓷粉用量、生胶侧基种类和烧蚀温度对阻燃陶瓷化硅橡胶性能的影响。结果表明,当复合陶瓷粉用量为120份(质量)时,含侧甲基... 详细信息

以α,ω-端羟基聚硅氧烷为基体、复合陶瓷粉和气相白炭黑为填料,通过脱氢缩合制备了阻燃陶瓷化硅橡胶,考察了复合陶瓷粉用量、生胶侧基种类和烧蚀温度对阻燃陶瓷化硅橡胶性能的影响。结果表明,当复合陶瓷粉用量为120份(质量)时,含侧甲基的107硅橡胶的各项物理机械性能几乎同时达到最佳,拉伸强度4.69 MPa,扯断伸长率686%,邵尔A硬度48,弯曲强度12.29 MPa。相比于107硅橡胶和含侧苯基的108硅橡胶,由含侧甲基乙烯基的109硅橡胶制备的陶瓷化硅橡胶具有更好的热稳定性,1000℃下的残炭质量分数高达86%;具有更优异的阻燃性能,极限氧指数为49.5%,垂直燃烧等级为V-0级;同时还具有更低的成瓷温度,在600℃时成瓷效果良好。

关键词：硅橡胶脱氢缩合陶瓷化物理机械性能阻燃性能热稳定性能