亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的制備及性能研究*

        2023-01-06 12:08:50劉延金
        功能材料 2022年12期
        關(guān)鍵詞:延伸率保溫材料環(huán)氧樹脂

        劉延金,鐘 曦

        (青海大學 土木工程學院,西寧 810016)

        0 引 言

        隨著我國經(jīng)濟和工業(yè)水平的飛速發(fā)展,人民的生活質(zhì)量也在不斷改善,與此同時,能源緊缺問題也變得越發(fā)嚴峻[1-2]。據(jù)統(tǒng)計,我國建筑能耗在全國總能耗中的占比超過了45%,并且近年來還有不斷增長的趨勢,為此,在實現(xiàn)節(jié)能降耗的工作中降低建筑能耗占據(jù)著重要的位置[3-7]。在建筑能耗中,外墻損失的能耗占據(jù)整個房屋能耗的比重達35%,保溫材料作為墻體節(jié)能材料的主要基礎(chǔ),開發(fā)優(yōu)異的保溫材料是節(jié)能降耗的重要途徑[8-12]。環(huán)氧樹脂作為一種具有良好的化學穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性及優(yōu)異的機械性能和物理性能的熱固性樹脂,在建筑業(yè)、航空航天、機械行業(yè)和涂料行業(yè)均有著廣泛的應(yīng)用[13-16]。通常為了獲得高性能的環(huán)氧樹脂基保溫材料,會在環(huán)氧樹脂中加入納米顆粒、纖維、化學添加劑等,這種制備工藝下獲得的環(huán)氧樹脂基保溫材料具有質(zhì)量輕、保溫性能優(yōu)異和強度較高等優(yōu)點[17-18]。碳纖維具有較高的韌性和優(yōu)異的耐腐蝕性,常被作為填料加入到樹脂材料中[19-20]。程燕婷等通過低溫等離子體技術(shù)對碳纖維針織物進行處理,根據(jù)模壓成型法制備了碳纖維-環(huán)氧樹脂復合材料,研究發(fā)現(xiàn)處理后的碳纖維比表面積增大、親和力提高、纖維和環(huán)氧樹脂的結(jié)合更緊密,等離子體處理后的碳纖維橫向及縱向拉伸強度均得到了明顯提高,彎曲強度提高了超過23%,力學性能改善顯著[21]。吳雪平等采用水熱法制備了炭纖維/環(huán)氧樹脂復合材料,研究發(fā)現(xiàn)炭中含有較多的氮等極性基團通過化學鍵增強了樹脂和纖維的結(jié)合強度,有利于應(yīng)力的傳遞,當蒙脫石/炭摻雜分數(shù)為2%(質(zhì)量分數(shù))時,復合材料的力學性能最佳,彎曲強度提高了13.4%,導熱系數(shù)提高了78.7%[22]。目前關(guān)于碳纖維改性環(huán)氧樹脂的研究較多,但有關(guān)碳纖維表面氧化處理的研究較少,因此本文通過濃HNO3對碳纖維進行表面處理,制備了碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料,并研究了濃HNO3對碳纖維處理時間的差異對復合材料性能的影響,力求制備出綜合性能最佳的復合保溫材料。

        1 實 驗

        1.1 原材料與設(shè)備

        碳纖維(PAN基碳纖維,直徑為7~8 μm,純度>99.9%,中科金研(北京)科技有限公司)、環(huán)氧樹脂E51(WSR 618 ,環(huán)氧當量為184~195 g/mol,山東品尚新材料有限公司)、丙酮(分析純,國藥集團化學試劑有限公司)、無水乙醇(工業(yè)級,國藥集團化學試劑有限公司)、4,4-二氨基二苯砜(DDS,工業(yè)級,國藥集團化學試劑有限公司)、三羥甲基丙烷三縮水甘油醚(工業(yè)級,淡黃色透明液體,分子量為302.363,武漢市承天精細化工有限公司)、濃HNO3(質(zhì)量分數(shù)為65%,密度約1.4 g/cm3,衡陽市中遠化工有限公司)、去離子水(實驗室自制)。

        真空干燥箱(DZF-6020,鄭州豫華儀器制造有限公司)、掃描電子顯微鏡(HD-2700,日本日立公司)、傅立葉紅外光譜儀(IRAffinity-1S,日本島津公司)、萬能試驗機(AG-10型,日本島津制作所)、熱重分析儀(TG209C,德國NETZSCH公司)、全自動量熱分析儀(DSC600,株式會社日立制作所)。

        1.2 樣品的制備

        1.2.1 碳纖維的表面處理

        首先,將碳纖維放入50 mL的丙酮溶液中浸泡24 h,在去除碳纖維表面的臟污和雜質(zhì)后,用無水乙醇清洗3~5次;其次,在真空干燥箱中65 ℃下干燥處理12 h;然后,在干燥完成后取出碳纖維浸入濃HNO3中,4組樣品中碳纖維的處理時間分別為1,2,3和4 h,處理完成后取出碳纖維,用去離子水清洗至pH值=7;最后,在真空干燥箱中65 ℃下干燥處理12 h。

        1.2.2 碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的制備

        首先,將環(huán)氧樹脂E51、固化劑DDS和稀釋劑三羥甲基丙烷三縮水甘油醚按照質(zhì)量比100∶46∶20的比例進行混合攪拌10 min;其次,將占環(huán)氧樹脂E51質(zhì)量分數(shù)3%的碳纖維加入到混合溶液中攪拌15 min,其中加入的碳纖維的處理時間分別為1,2,3和4 h;然后,在真空干燥箱中脫泡處理30 min,脫泡完成后緩慢注入到模具中,將模具放入80 ℃下固化反應(yīng)3 h,保溫處理1 h;最后,自然冷卻至室溫,脫模處理即得碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料。

        1.3 樣品的性能測試及表征

        采用IRAffinity-1S傅立葉紅外光譜儀對不同HNO3浸泡處理的碳纖維進行測試;采用HD-2700掃描電子顯微鏡對碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的斷口形貌進行測試分析;根據(jù)GB/T 1447-2005《纖維增強塑料拉伸性能的測試方法》對碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的拉伸性能和斷裂延伸率進行測試,試樣尺寸為250 mm×15 mm×2 mm,給定加載速率為2 mm/min,拉伸強度測試結(jié)果精確值0.1;通過TG209C熱重分析儀對碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的熱失重情況進行測試,測試范圍為室溫~800 ℃,升溫速率為8 ℃/min,氮氣流量為20 mL/min;利用DSC600全自動量熱分析儀測量碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的導熱系數(shù)。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 表面改性后碳纖維的紅外光譜測試

        圖1為表面改性后碳纖維的紅外光譜圖。從圖1可以看出,所有碳纖維在1 645 cm-1處出現(xiàn)的強吸收峰均為CC的伸縮振動峰,這是碳纖維的特征峰,而在1 177 cm-1處出現(xiàn)的為C—O的吸收峰。從圖1(a)可以看出,未改性的碳纖維在2 902 cm-1處出現(xiàn)的是C—H的伸縮振動吸收峰。從圖1(b)-(e)可以看出,經(jīng)過濃HNO3處理后,C—H的伸縮振動吸收峰偏移到2 915 cm-1處。未改性的碳纖維在3 534 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰是—OH基團的吸收峰,經(jīng)過濃HNO3處理后的碳纖維在3 432 cm-1處出現(xiàn)了—OH基團的吸收峰,且其變得更寬,這是因為濃HNO3的強氧化性使碳纖維發(fā)生氧化產(chǎn)生的,且隨著濃HNO3處理時間的增加衍射峰變得更尖銳。

        圖1 表面改性后碳纖維的FT-IR圖:(a)未改性碳纖維;(b)濃HNO3處理1 h;(c)濃HNO3處理2 h;(d)濃HNO3處理3 h;(e)濃HNO3處理4 hFig.1 FT-IR Spectra of carbon fiber after surface modification:(a)unmodified carbon fiber;(b)concentrated HNO3 treatment for 1 h;(c)concentrated HNO3 treatment for 2 h;(d)concentrated HNO3 treatment for 3 h;(e)concentrated HNO3 treatment for 4 h

        2.2 碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的SEM測試

        圖2為碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的SEM圖。從圖2(a)可以看出,復合材料受力發(fā)生斷裂后碳纖維也隨之拔出,碳纖維和環(huán)氧樹脂基體之間存在一定的間隙,說明碳纖維和環(huán)氧樹脂的結(jié)合強度較差。從圖2(b)可以看出,濃HNO3處理時間增加后,碳纖維和環(huán)氧樹脂基體之間的縫隙減少,碳纖維的拔出數(shù)量也減少。從圖2(c)可以看出,當濃HNO3處理時間為3 h時,碳纖維和環(huán)氧樹脂基體基本處于一個平面斷裂,屬于標準的界面內(nèi)聚破壞,碳纖維和環(huán)氧樹脂基體間幾乎沒有孔隙的存在,說明該處理時間下碳纖維和環(huán)氧樹脂的結(jié)合強度最大。從圖2(d)可以看出,當濃HNO3處理時間為4 h時,出現(xiàn)了明顯的孔隙,且纖維拔出數(shù)量增加,出現(xiàn)明顯的纖維斷裂,說明碳纖維和環(huán)氧樹脂之間的結(jié)合強度變差,這是因為濃HNO3處理時間過久導致了纖維表面腐蝕嚴重,強度變差,在拉伸過程中更容易斷裂。

        圖2 碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的斷面SEM圖:(a)濃HNO3處理1 h;(b)濃HNO3處理2 h;(c)濃HNO3處理3 h;(d)濃HNO3處理4 hFig.2 Cross section SEM images of carbon fiber/epoxy composite thermal insulation materials:(a)concentrated HNO3 treatment for 1 h;(b)concentrated HNO3 treatment for 2 h;(c)concentrated HNO3 treatment for 3 h;(d)concentrated HNO3 treatment for 4 h

        2.3 碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的力學性能測試

        圖3為碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的拉伸強度和斷裂延伸率測試結(jié)果。從圖3可以看出,當濃HNO3處理時間分別為1,2,3和4 h時,復合材料的拉伸強度分別為34.7,38.6,45.9 和43.1 MPa,斷裂延伸率分別為1.45%,1.57%,1.75%和1.71%。隨著濃HNO3處理時間的增加,碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的拉伸強度和斷裂延伸率均表現(xiàn)出先增大后降低的趨勢,當濃HNO3處理時間為3 h時,碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的拉伸強度和斷裂延伸率均達到最大值,其中拉伸強度相比濃HNO3處理1 h的復合材料增大了32.28%,斷裂延伸率相比濃HNO3處理1 h的復合材料增大了20.69%。當濃HNO3處理時間達到4 h時,碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的拉伸強度和斷裂延伸率均出現(xiàn)不同程度的降低。這是因為隨著濃HNO3處理時間的適當增加,強氧化性的濃HNO3處理導致碳纖維表面出現(xiàn)了不同程度的凹槽,增加了碳纖維的比表面積,有利于增大碳纖維和環(huán)氧樹脂之間的結(jié)合強度。當復合材料在受力過程中,碳纖維四周的環(huán)氧樹脂基體更難被“剝離”,環(huán)氧樹脂對碳纖維的包覆效果較好,且碳纖維也會增強復合材料的抗拉強度,因此復合材料的拉伸強度和斷裂延伸率均增加。但當濃HNO3處理時間過久時,由于濃HNO3自身具有強氧化性,會導致碳纖維表面發(fā)生嚴重刻蝕,不僅在拉伸過程中容易斷裂,且環(huán)氧樹脂和碳纖維的結(jié)合效果也會變差,從而導致結(jié)合處出現(xiàn)孔隙,使得復合材料的拉伸強度和斷裂延伸率降低。

        圖3 碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的拉伸強度和斷裂延伸率Fig.3 Tensile strength and fracture elongation of carbon fiber/epoxy composite thermal insulation materials

        2.4 碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的熱失重測試

        圖4為不同濃HNO3處理時間的碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的TGA曲線。從圖4可以看出,所有碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的熱失重曲線變化趨勢基本一致。曲線分為3個階段:第一階段為50~340 ℃,質(zhì)量損失率基本沒有發(fā)生大的變化,此時溫度較低,環(huán)氧樹脂依舊處于玻璃態(tài),碳纖維和環(huán)氧樹脂分子結(jié)合在一起未發(fā)生分離;第二階段為340~460 ℃,復合材料的質(zhì)量迅速下降,這是因為在該溫度區(qū)間內(nèi)碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料開始發(fā)生降解,溫度較高導致環(huán)氧樹脂的分子鏈運動加劇,分子鏈開始發(fā)生斷裂,一部分低聚物開始分解為低分子物進而揮發(fā)導致質(zhì)量迅速降低[23];第三階段為460~800 ℃,復合材料的質(zhì)量基本達到了穩(wěn)定階段,此時復合材料已經(jīng)基本完全分解,殘留的質(zhì)量為焦炭。由圖4可知,在800 ℃下,當濃HNO3處理時間分別為1,2,3和4 h時,復合材料的殘留質(zhì)量分別為2.66%,4.23%,7.73%和5.14%??梢姡敐釮NO3處理時間為3 h時,復合材料的熱穩(wěn)定性最佳,殘?zhí)剂孔罡摺?/p>

        圖4 碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的TGA曲線Fig.4 TGA curves of carbon fiber/epoxy composite thermal insulation materials

        2.5 碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的導熱性能測試

        導熱系數(shù)是表征復合材料導熱性能的關(guān)鍵指標,導熱系數(shù)越低則該材料的保溫性能越好[24]。圖5為碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的導熱系數(shù)。從圖5可以看出,當濃HNO3處理時間分別為1,2,3和4 h時,復合材料的導熱系數(shù)分別為0.032,0.030,0.027和0.028 W/(m·K),可知隨著濃HNO3處理時間的增加,復合材料的導熱系數(shù)先降低后輕微增加。當濃HNO3處理時間為3 h時,復合材料具有最低的導熱系數(shù)0.027 W/(m·K),保溫性能最佳。這是因為隨著濃HNO3處理時間的適當增加,碳纖維表面的凹槽數(shù)量增加,能夠很好地與環(huán)氧樹脂相結(jié)合,使得環(huán)氧樹脂對碳纖維的包覆效果更佳,孔洞和缺陷數(shù)量減少,所以導熱系數(shù)隨之降低。但當濃HNO3處理時間繼續(xù)增加到4 h時,使得碳纖維表面的氧化程度較高,導致表面凹坑過深,不僅在拉伸過程中容易斷裂,而且在碳纖維和環(huán)氧樹脂交界處容易出現(xiàn)更多的孔隙和缺陷,雜質(zhì)更容易在該處聚集,導致界面的熱阻增加,復合材料的熱損耗增大,保溫性能降低。

        圖5 碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的導熱系數(shù)Fig.5 Thermal conductivity of carbon fiber/epoxy composite thermal insulation materials

        3 結(jié) 論

        研究了濃HNO3處理不同時間下的碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的各項性能參數(shù),得出如下結(jié)論:

        (1)經(jīng)過濃HNO3處理后的碳纖維表面發(fā)生了氧化,羥基基團的吸收峰變寬,表面被刻蝕后凹槽數(shù)量增多,碳纖維和環(huán)氧樹脂的結(jié)合強度增加,復合材料在拉伸過程中碳纖維更難被拔出。其中,當濃HNO3處理時間為3 h時,復合材料的界面結(jié)合最佳。

        (2)隨著濃HNO3處理時間的增加,碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的拉伸強度和斷裂延伸率均先增大后降低,當濃HNO3處理時間為3 h時,復合材料的拉伸強度和斷裂延伸率均達到最大值,分別為45.9 MPa和1.75%,相比濃HNO3處理1 h的復合材料,拉伸強度增大了32.28%,斷裂延伸率增大了20.69%。

        (3)隨著濃HNO3處理時間的增加,碳纖維/環(huán)氧樹脂復合保溫材料的熱穩(wěn)定性先增高后降低,在800 ℃下,當濃HNO3處理時間為3 h時,復合材料的殘留質(zhì)量最高為7.73%,熱穩(wěn)定性最佳;復合材料的導熱系數(shù)隨濃HNO3處理時間的增加而先降低后輕微增加,當濃HNO3處理時間為3 h時,復合材料導熱系數(shù)最低為0.027W/(m·K),具有良好的保溫性能。

        猜你喜歡
        延伸率保溫材料環(huán)氧樹脂
        神奇的納米保溫材料
        科學大眾(2022年9期)2022-06-05 07:27:32
        冷軋平整恒軋制力對SS400力學性能影響研究
        冷軋鍍鋅光整機延伸率控制模式的解析與優(yōu)化
        連退線平整機延伸率控制技術(shù)應(yīng)用
        山西冶金(2019年3期)2019-09-21 03:11:12
        淺談建筑節(jié)能保溫材料的檢測
        外墻XR新型保溫材料的施工
        粉末涂料用環(huán)氧樹脂的合成研究
        上海建材(2017年2期)2017-07-21 14:02:10
        碳納米管陣列/環(huán)氧樹脂的導熱導電性能
        可膨脹石墨對環(huán)氧樹脂的阻燃改性
        高導熱填充型環(huán)氧樹脂復合材料研究進展
        中國塑料(2015年7期)2015-10-14 01:02:35
        精品五月天| 97久久精品人妻人人搡人人玩| 国产真人性做爰久久网站| 国产区福利| 国产精品久久中文字幕亚洲| 国内自拍色第一页第二页| 天天躁日日躁狠狠躁欧美老妇| 国产精品一区二区暴白浆| 极品美女尤物嫩模啪啪| 国产亚洲精品在线视频| 国产欧美日韩精品专区| 日本一区二区精品88| 东风日产系列全部车型| 视频在线观看国产自拍| 粉嫩被粗大进进出出视频| 日韩精品电影在线观看| 中文字幕精品乱码一区| 亚洲国产一区久久yourpan| 亚洲一区二区三区精品视频| 日本大骚b视频在线| 精品人妻少妇一区二区不卡| 日韩精品免费在线视频| av网站在线观看大全| 成人免费看www网址入口| 无遮挡中文毛片免费观看| 日韩人妻一区二区中文字幕| 亚洲一区二区三区四区五区黄| 国产成人久久777777| 免费av在线国模| 国产精品久久久看三级| 中文字幕亚洲无线码在线一区| 国产莉萝无码av在线播放| 亚洲AV秘 无码一区二p区三区| 久久精品国产白丝爆白浆| 高清午夜福利电影在线| 四川丰满少妇被弄到高潮| 91极品尤物在线观看播放| 国产av在线观看一区二区三区| 亚洲日本一区二区一本一道| 日本免费一区二区三区在线看| 亚洲熟女天堂av一区二区三区|