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碳纳米管/粉末丁苯橡胶复合材料的热学性能

周湘文 , 朱跃峰 , 宋鹏程 , 刘长洪 , 熊国平 , 梁吉 , 董建令 , 于溯源

将碳纳米管(CNTS)及其它配合剂制成悬浮液,与丁苯胶乳共混,然后利用喷雾干燥法制备CNTs/粉末丁苯橡胶复合材料,检测其热学性能,并进行相应的理论分析.结果表明,随着CNTs加入量的增加,橡胶复合材料的热分解温度逐渐增加,CNTs/胶复合材料的热导率逐渐提高,当CNTs/体积百分比舍量约为22%,即CNTs/加入量为60 phr时,与纯胶样品相比,复合材料的热导率提高近1倍.理论分析表明,由于CNTs自身的弯曲和缠绕以及混酸氧化对CNTs自身导热性能的破坏,复合材料热导率的实测值与理论计算值存在一定差距.

关键词: 碳纳米管 , 丁苯橡胶 , 喷雾干燥法 , 热导率 , 热稳定性

碳纳米管/天然橡胶复合材料的实验研究-- 碳纳米管用量对复合材料性能的影响

隋刚 , 梁吉 , 朱跃峰 , 周湘文

高分子材料科学与工程

采用机械混合方法制备碳纳米管/天然橡胶复合材料,随着碳纳米管添加量的增加,橡胶材料微观结构的均匀性下降,DSC曲线中结晶熔融峰面积逐渐减小,同时橡胶硫化返原现象减轻,硫化样品的交联度有所降低.碳纳米管在橡胶样品中显示出补强效应,碳纳米管复合材料的回弹、压缩疲劳性能明显优于炭黑补强样品,但其拉伸、撕裂性能水平较低.

关键词: 碳纳米管 , 天然橡胶 , 微观结构 , 硫化特性 , 力学性能

机械混炼对碳纳米管/丁苯橡胶复合材料的影响

周湘文 , 朱跃峰 , 熊国平 , 隋刚 , 梁吉 , 于溯源

材料科学与工艺

为研究机械混炼对碳纳米管(CNTs)/粉末丁苯橡胶(SBR)复合材料性能的影响,从而获得性能优异的CNTs/SBR复合材料,联合采用喷雾干燥法和机械混炼法,制备高填充量CNTs/SBR复合材料.将喷雾干燥法制备的CNTs/粉末SBR复合材料在开炼机上机械混炼,对比分析混炼前后试样的物理和力学等相关性能,并对其微观形貌进行检测.结果表明,机械混炼使CNTs获得进一步的分散,与SBR基体间作用力得到增强,与混炼前相比,混炼后试样的玻璃化转变温度、交联度和常规力学性能均得到提高.当CNTs加入量为50 phr时,混炼后复合材料的拉伸强度和撕裂强度分别为13.1 MPa和39.8 kN/m,比混炼前试样分别提高了约80%和20%.

关键词: 碳纳米管 , 丁苯橡胶 , 喷雾干燥法 , 力学性能

碳纳米管/丁苯橡胶复合材料的电学性能

周湘文 , 朱跃峰 , 熊国平 , 梁吉 , 董建令 , 才溯源

复合材料学报

采用喷雾干燥法可制备不同配比的碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)/粉末丁苯橡胶复合材料,观察CNTs在橡胶基体中的分散情况,检测复合材料的导电性能及介电性能,并进行了简要的理论分析.结果表明:CNTs在橡胶基体中获得了充分均匀的分散,有利于CNTs改性补强作用的发挥.与纯胶样品及填充炭黑(Carbon black,CB)样品相比,填充CNTs样品在8～18GHz下具有较高的介电常数及低介电损耗.随着CNTs加入量的增加,CNTs/粉末丁苯橡胶复合材料的电导率逐渐升高,当CNTs加入量为60 phr(per hundred rubber)时,与纯胶样品及添加60 phr CB样品相比,电导率提高近10个数量级;复合材料内部导电同时存在隧道导电机制和渗逾导电机制.采用喷雾干燥法制备的CNTs/粉末丁苯橡胶复合材料,将是一种综合性能良好的新型纳米复合材料,有望在抗静电橡胶、电磁屏蔽及介电材料等领域获得应用.

关键词: 碳纳米管 , 丁苯橡胶 , 喷雾干燥法 , 导电性能 , 介电性能

A3-3基体石墨的氧化行为

周湘文 , 卢振明 , 李馨楠 , 张杰 , 刘兵 , 唐亚平

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(16)60010-0

采用自行搭建的热重实验平台对798~973 K温度范围内温度对A3-3基体石墨的氧化行为进行研究,氧化剂为100 mL/min的空气。不同温度下石墨试样均被氧化至失重10%~15%。结果表明,基体石墨的氧化速率( OR)随着温度的升高显著提升,温度为973 K时基体石墨的OR约为798 K时的70倍。虽然973 K时氧气供给速率与平均碳消耗速率的比值仅为4.3,但石墨OR的Arrhenius曲线依然保持了很好的线性关系,表明该温度下基体石墨的氧化机理没有发生改变。在798-973 K温度范围内,A3-3基体石墨在空气中的氧化均处于化学区,其活化能为176 kJ/mol,Arrhenius氧化方程可描述为：OR=2.9673×108·exp(-21124.8/T),单位为wt%/min。与堆内的核级结构石墨相比,基体石墨的活化能相对较低,说明基体石墨在空气中更易被氧化,这主要跟基体石墨中含有未完全石墨化的树脂炭有关。

关键词: 氧化行为 , 基体石墨 , 化学控制区 , 活化能

用于高温气冷堆的核石墨

周湘文 , 唐亚平 , 卢振明 , 张杰 , 刘兵

新型炭材料 doi:10.1016/S1872-5805(17)60116-1

自1942年首次在CP-1反应堆中使用以来,核石墨因其优异的综合性能,在核反应堆特别高温气冷堆中被广泛使用.作为第四代候选堆型之一,高温气冷堆主要包括球床堆和柱状堆两种堆型.在两种堆型中,石墨主要用作慢化剂、燃料元件基体材料及堆内结构材料.在反应堆运行中,中子辐照使得石墨的相关性能下降甚至可能失效.原材料及成型方式对于石墨的结构、性能及其在辐照中的表现起到决定性的作用.辐照中石墨微观结构及尺寸的变化是其宏观热力学性能变化的内在原因,辐照温度及剂量对于石墨的结构及性能变化起决定性作用.本文介绍了高温气冷堆中核石墨的性能要求及核石墨的生产流程,阐述了不同温度及辐照条件下石墨热力学性能及微观结构的变化规律,并对当前国内外核石墨的研究现状及未来核石墨的长期发展如焦炭的稳定供应和石墨的回收进行讨论.本文可为有志于研发用于未来我国商业化的高温气冷堆中的核石墨的生产厂家提供参考.

关键词: 核石墨 , 高温气冷堆 , 辐照 , 微观结构 , 物理、力学及热学性能