碳纤维复合材料的激光清洗等离子体光谱在线检测研究

近年来碳纤维复合材料（CFRP）由于性能优异，受到工业领域广泛关注。采用激光清洗技术预处理碳纤维复合材料表面的污染物和环氧树脂等杂质，有利于改善碳纤维复合材料表面性能，提高碳纤维复合材料胶接界面的结合强度。在线检测激光清洗过程，实时判断碳纤维复合材料的表面清洗质量，是保证激光清洗效果的关键环节，也是激光清洗装置自动化、集成化的核心技术。激光诱导等离子体光谱技术可以快速分析材料表面元素变化，实现在线检测激光清洗表面状态，在激光清洗领域有很广的应用前景。采用Nd∶YAG高能量脉冲激光器产生的1 064 nm激光在空气环境中诱导产生等离子体，利用改进型光栅光谱仪(ME5000)获取等离子体光谱，在线检测激光清洗碳纤维复合材料。研究外界空气环境对等离子体光谱检测结果的影响，发现350~700 nm波段的元素谱线可用于碳纤维复合材料表面物质成分分析；采用电子扫描显微镜观测的激光清洗表面形貌和X射线电子能谱仪测得的元素变化共同表征等离子体光谱检测的有效性，通过采集不同激光能量以及不同作用次数的等离子体光谱图，获得碳纤维复合材料表层树脂物质通过激光单次清洗干净的阈值，研究激光清洗质量与激光诱导等离子体谱线成分及其强度变化的关系。结果表明：在获取的激光诱导等离子体光谱中，光谱图中谱线波长在393.3 nm的S(Ⅱ)和589.5 nm的S(Ⅱ)谱线可有效在线表征碳纤维复合材料表面清洗质量；激光单次去除干净表面环氧树脂的阈值为10.68 mJ；低激光能量时需要清洗多次可以去除干净表面树脂；高激光能量时清洗单次可使表面树脂去除干净，多次清洗易造成基体损伤。实验结果为激光清洗碳纤维复合材料的智能集成化应用提供工艺依据和技术支持。     

钢球斜侵彻碳纤维复合材料板的实验研究

为了研究碳纤维复合材料板（CFRPs）在斜侵彻下的抗弹性能，利用一级轻气炮对碳纤维复合材料板进行了70~280 m/s速度范围的0°、30°和45°的侵彻贯穿实验，通过高速摄影技术测量了弹体速度和弹道轨迹。分析了冲击角度对弹道极限、能量吸收和弹道偏转的影响。结果表明:在冲击能量较低时，靶板在正冲击下的能量吸收率比斜冲击高，而当冲击能量较高时则恰好相反；此外，由于弹体穿过层合板的穿透长度随着冲击角度的增加而增加，弹道极限随着冲击角度的增加而增加；而冲击角度对弹道偏转的影响则随着冲击速度的变化而变化。     

ZrB2-SiC-Csf超高温陶瓷复合材料碳纤维损伤抑制研究

采用放电等离子烧结和热压烧结制备了短切碳纤维(Csf)增韧ZrB2-SiC超高温陶瓷复合材料(ZrB2-SiC-Csf),研究了制备工艺对ZrB2-SiC-Csf复合材料微结构演变、力学性能和抗热冲击性能的影响.结果表明:烧结温度是导致碳纤维结构损伤的主要因素,降低烧结温度能有效抑制碳纤维的结构损伤.采用纳米ZrB2粉体在1450 ℃低温热压烧结制备的ZrB2-SiC-Csf复合材料在断裂过程中表现出纤维拔出、纤维侨联和裂纹偏转增韧机制,其临界热冲击温差高达741 ℃,表现出良好的力学性能和优异的抗热冲击性能.从热力学的角度阐明了ZrB2-SiC-Csf复合材料中碳纤维结构损伤的机理,并揭示了该类材料的烧结温度应低于1500 ℃.     

静电纺丝法制备交联多孔纳米碳纤维膜及其电化学电容性能

Cross-linked porous carbon nanofiber networks were successfully prepared by electrospinning followed by preoxidation and carbonization using low-cost melamine and polyacrylonitrile (PAN) as precursors. The structures and morphologies of the nanofiber networks were investigated using Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, and N₂ adsorption/desorption. The carbon fibers had an interconnected nanofibrous morphology with a well-developed porous structure including micropores, mesopores and macropores, high-level nitrogen doping (up to 14.3%), and a small average diameter (about 89 nm). Without activation, the carbon nanofibers had a high specific capacitance of 194 F·g^-1 at a current density of 0.05 A·g^-1. Cycling experiments showed that the specific capacitance retained approximately 99.2% of the initial capacitance after 1000 cycles at a current density of 2 A·g^-1, indicating an excellent electrochemical performance.     

碳纤维自焊接骨架结构的形成及其复合材料性能研究

报道了一种将短切碳纤维(CF)自发焊接成三维网络结构的新方法.研究发现,尼龙6(PA6)与CF具有较强的相互作用,SEM照片及储能模量高温平台表明,添加少量PA6能够在PS基体中形成耐高温的CFPA6自焊接骨架结构,PA6用量越多,高温储能模量越高,自焊接骨架结构强度越大.研究证明,这种自焊接骨架结构能够大幅度提高PS/CF复合体系的热变形温度,碳纤维具有优异的导电导热性能,碳纤维骨架结构能够降低导电临界浓度,增强面内导热系数.进一步分析表明,PA6在碳纤维表面定向聚集是一个动力学过程,CF-PA6自焊接骨架强度与PA6黏附率NPA6呈线性关系;扩大PA6与PS的黏度差,延长热压时间均有利于提高NPA6,进而大幅提高网络结构强度.     

纺丝法制备木质素基碳纤维的研究进展

目前全球制备碳纤维主要以聚丙烯腈(PAN)或沥青为原丝,但是这类碳纤维制备成本高,限制了其自动化工业领域的大规模应用。木质素由于具有较高的含碳量和碳化收率高,其可以作为前驱体来制备碳纤维。作为一种新型材料,木质素基碳纤维因其具有价格低廉、环保、原料丰富、可实现废弃资源再生利用等优点而备受关注。本文详细介绍了木质素的分类及结构特征,阐述了不同纺丝方法制备的碳纤维的力学性能,并对其未来发展进行展望。     

具有高灵敏性且稳定可重复的正温度系数效应的PVDF/CF导电复合材料

以碳纤维(CF)为填料,聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,通过熔融共混法制备PVDF/CF导电复合材料.所得复合材料具有显著的正温度系数(PTC)效应,温度上升到聚合物熔点附近时,电阻率对温度变化敏感.在转折温度区间(155.5~171.0oC,(35)(28)15.5oC)内,其体积电阻率的增加速率约为1.3×105?cm K-1.在不同CF含量下,复合材料表现出不同的PTC行为.随着CF含量的增加,其峰值电阻略有下降.高导电粒子含量下,无负温度系数(NTC)效应.在冷却循环过程,导电网络的重构性良好.复合材料即使经过多次热循环,依然表现出良好的PTC特性重现性.     

复合材料柔软性对倒金字塔微结构阵列传感器性能的影响

采用模压成型方法制备了2种柔软性不同的热塑性聚氨酯/短切碳纤维/碳纳米管(TPU/SCF-CNT)复合材料复制物, 其表面上具有倒金字塔微结构阵列, 内部有SCF与CNT共同构成的导电通路. 将复合材料复制物和相应的复合材料平整片封装成柔性传感器. 结果表明, 压力作用下传感器内复制物和平整片之间的接触电阻因倒金字塔底棱的形变而显著降低. 对使用柔软性较高的复合材料封装的传感器, 虽然其相对迟滞稍大, 但压力作用下倒金字塔底棱形变量较大, 且复制物和平整片内导电通路增加量较大, 因此其在0~2.5 kPa的线性区内具有较高的灵敏度(0.32 kPa^?1). 制备的2种传感器均具有快速响应特性, 且能在500 s(约1580次)的循环压缩/释放测试(峰值压力约3 kPa)中保持较稳定的电阻响应. 研究表明, 利用模压成型的表面倒金字塔结构复合材料复制物封装成的柔性压力传感器具有良好的传感性能.     

碳纤维微电极负载金纳米粒子用于绿茶中儿茶素的检测

本文开发了基于纳米金修饰的碳纤维超微电极(CFME)用于儿茶素的定量检测。通过使用柠檬酸三钠还原氯金酸制得纳米金粒子(AuNPs),采用恒电位电沉积法将纳米金修饰在CFME表面。在pH 2.00的Tris-HCl缓冲溶液中,采用差分脉冲法和循环伏安法考察了修饰前后电极对儿茶素的电催化性能。结果表明,纳米金修饰电极对儿茶素具有明显的电催化效果。在优化实验条件下,纳米金修饰的碳纤维超微电极(AuNPs/CFME)与儿茶素浓度在1.00×10^-3~10.0μmol/L范围内呈良好的线性关系,且AuNPs/CFME的电化学性能非常稳定,具有良好的重现性。该方法操作简单,准确性高,可用于对儿茶素进行定量检测。     

Effects of fibrous fillers on friction and wear properties of polytetrafluoroethylene composites under dry or wet conditions

The friction and wear behavior and mechanism as well as the mechanical properties of polytetrafluoroethylene （PTFE） composites filled with potassium titanate whiskers （PTW） and short carbon fibers （CF） under dry, wet and alkaline conditions were investigated. Experiments indicated that owing to appropriate cooling and boundary lubricating effects, the filled PTFE composites showed much lower frictional coefficient and better wear resistance under alkaline than dry and wet sliding conditions. The wear resistance of carbon-fiber-filled PTFE was much better than that of potassium titanate-whisker-filled PTFE composites in water. Results also showed that the transfer film on counterpart rings was significantly hindered by water and alkali. Hydrophilic-filler-reinforced PTFE composites yield higher wear rate when sliding under water.