聚丙烯/热致液晶聚合物/玻璃纤维混杂复合材料 Ⅱ: 混杂复合材料的静态及动态力学性能

对具有良好液晶聚合物微纤结构的聚丙烯/热致液晶聚合物/玻璃纤维 (PP/TLCP/GF) 混杂复合材料,使用静态拉伸和动态力学分析 (DMA) 的方法研究了材料的力学性能。拉伸实验结果表明,混杂复合材料的拉伸强度和模量随着PP和TLCP挤出后的牵伸速率增大而上升,并且含有增容剂PP-g-MAH的体系,力学性能更优异。DMA测试结果表明,混杂复合材料的动态模量E'随着体系中玻纤的含量增加而增大;当体系中加入增容剂后,复合材料的刚性得到进一步提高。但无论是否使用了增容剂PP-g-MAH,当体系中玻纤含量高于20%后,模量随玻纤含量增大的趋势变缓。当体系中增强相的含量增加,以及加入增容剂使增强相与基体的界面粘结得到改善后,PP基体的损耗因子 (tanδ) 峰值都有一定的减小。      

PMMA、SAN改性PVC/CPE共混体的研究

研究了刚性聚合物(PMMA、SAN)对PVC/CPE共混体力学性能、冲击断面形貌及流变性的影响。结果表明,PMMA对PVC/CPE=100/10、100/15体系,SAN对PVC/CPE=100/10体系都具有显著的增韧作用和一定的增强作用;初步的测定显示,刚性聚合物能改善共混熔体的流变性,促进PVC/CPE共混体系中CPE网络结构的形成和分散性。     

反应型液晶聚合物与环氧树脂固化及力学性能研究

通过红外光谱（FT-IR），力学性能分析，研究了固化剂，固化温度，固化程度，液晶化合物种类，反应型液晶化合物的含量对环氧树脂/固化剂/液晶化合物体系固化反应程度及固化物力学性能的影响。结果表明，末端含有活性反应基团的热致性液晶聚合物（LCPU）和液晶性化合物（LCEU）对环氧树脂有明显的增韧增强作用。同时具有促进固化反应，提高反应速率的作用。LCPU的含量对环氧固化物的力学性能亦有较大影响。     

超支化聚合物/环氧树脂体系的固化行为及性能

利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)法研究了脂肪族聚酯型超支化聚合物/环氧树脂/酸酐固化体系的固化反应,并研究了不同代数及含量超支化聚合物对固化产物力学性能的影响。结果表明,超支化聚合物的引入能促进体系中酸酐基团的开环并产生游离羧酸,从而对体系的固化反应产生促进作用。较低含量超支化聚合物的引入即能较好地改善固化产物的力学性能,其中第三代HBP含量为3%时,固化物的拉伸强度提高20.54%、冲击强度提高71.14%、断裂伸长率提高41.02%。     

无卤氮磷膨胀阻燃玻纤增强聚丙烯复合材料的制备与性能

因玻纤"烛芯效应"制备阻燃玻纤增强聚合物复合材料是具有挑战性的课题。文中以自制的膨胀型阻燃剂MPAL与八乙烯基倍半硅氧烷(OV-POSS)组成的复合阻燃剂阻燃玻纤增强聚丙烯(PP),研究了玻纤(GF)和增容剂马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)对阻燃PP体系的阻燃性能和力学性能的影响,结合扫描电镜和热重分析探讨了相应阻燃机理。结果表明,在阻燃PP体系中加入玻纤及适当增加其含量会显著改善阻燃PP材料的阻燃性能,归因于加入玻纤提高了阻燃PP体系的热稳定性以及利用MPAL/OV-POSS分解形成的复合炭层覆盖于玻纤表面,从而达到阻断玻纤"烛芯效应"目的。此外,加入增容剂MAPP及适当增加其含量会明显提高阻燃玻纤增强PP复合材料的力学性能,但对材料阻燃性能改善有限,归因于MAPP对体系界面结合和相容性的显著改善作用。当玻纤和MAPP质量分数分别为30%和5%时,所得阻燃玻纤增强PP复合材料具有优异的综合性能,表现出良好的应用前景。     

陶瓷晶须/聚合物基复合材料的研究进展

概述了钛酸钾、氧化锌、硼酸铝等陶瓷晶须增强聚合物基复合材料的研究进展,探讨了晶须含量、晶须表面处理、材料前处理方法等对提高复合材料力学性能及摩擦学性能的影响,明确了适当的表面改性方法可以使晶须的增强效果更为明显,指出了在晶须/聚合物结合面微观形态观察和分析方面的不足,提出了构建晶须/聚合物复合材料的理论模型、预测复合材料性能的研究方向.     

螺杆类型对玻纤增强液晶聚合物二次料流变及力学热学性能的影响

研究了挤出过程中螺杆类型的变化对玻纤增强液晶聚合物二次料(RLCP-6130)流变、力学、热学性能的影响。结果表明,采用长径比为30∶1、直径为30mm的单螺杆挤出,RLCP-6130的流变和热性能下降幅度最低,玻纤平均长度和力学性能下降幅度分别低于8.4%和7.6%。随着单螺杆长径比和直径的增加,复合材料在挤出过程的停留时间加长,受到的剪切作用也增加,材料的玻纤平均长度、力学和热学性能下降幅度增加。RLCP-6130采用双螺杆(L/D=30,Φ=30mm)挤出时,玻纤平均长度和力学性能下降幅度分别超过50%和21%,剪切黏度和热学性能也出现最大幅度的降低。     

聚醚型聚氨酯/环氧树脂互穿网络聚合物的结构与性能研究

以4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和聚醚及双酚A型环氧树脂为原料经共聚合成了聚氨酯(PU)/环氧树脂(EP)互穿聚合物网络(IPNs).通过改变聚氨酯结构及环氧树脂含量制备系列PU/EP的IPNs,并对其性能进行了研究.研究表明随着聚氨酯中两官能度聚醚用量增加,IPNs体系的亲水性增强、表面自由能增大;此外随着环氧树脂含量增多,整个IPNs体系的疏水性增强;力学性能测试表明,聚氨酯结构以及环氧树脂含量对PU/EP的IPNs材料力学性能影响较大.     

纳米SiO2改性聚合物水泥基复合材料早期微观结构及性能

利用纳米SiO₂(nano SiO₂)早期可促进聚合物水泥基复合材料水化速率、提升其力学性能、改善其界面过渡区(ITZ)性能及优化其孔隙结构等特点,借助XRD、SEM、EDS、显微硬度(MH)及压汞(MIP)等试验,揭示了nano SiO₂对聚合物水泥基复合材料早期性能影响的微观机制。结果表明:当nano SiO₂掺量为2wt%时,聚合物水泥基复合材料的力学性能最优,3 d和7 d龄期抗压强度分别为57.5 MPa和67.3 MPa,较仅仅掺加聚合物的水泥基复合材料分别提高了12.7%和13.9%;nano SiO₂的掺入改变了聚合物水泥基复合材料水化产物数量及微观形貌。对于ITZ性能,nano SiO₂掺入后,聚合物水泥硬化浆体-骨料的ITZ厚度减小,形貌变得更加致密;ITZ的钙硅比因nano SiO₂的加入变小而其显微硬度变大;此外,nano SiO₂加入后可以进一步填充聚合物水泥基复合材料更加细小的孔隙,使其凝胶孔比例变高,最可几孔径变小,大大优化了聚合物水泥基复合材料的孔隙结构。      

水性超支化聚合物/水性环氧树脂体系的固化行为及性能

利用马来酸酐和丁基缩水甘油醚对超支化聚合物端基改性,得到以羧基和羟基为末端的超支化聚合物,其中和成盐后即得水性超支化聚合物(WHPs),通过红外光谱(FT-IR)和核磁共振(1H-NMR)对初始聚合物和改性聚合物的结构进行了表征。然后将WHPs应用于水性环氧涂料中,以差示扫描量热法对体系的固化行为进行了分析,研究了其固化动力学,并且研究了不同含量WHPs对体系固化涂层力学性能的影响。结果表明,该固化体系的表观活化能较低,固化反应容易进行,该WHPs的加入促进了体系固化反应,能够较好地改善涂膜的力学性能。当WHPs的加入量为10%时,涂层的综合力学性能达到最佳。     

快速和高精度透视测量玻璃纤维/树脂复合材料构件内部的离面位移

提出一种光学干涉谱域相位对照B扫描,透视测量透明或半透明玻璃纤维/树脂复合材料内部离面位移的方法。针对玻璃纤维增强树脂基复合材料,设计了一种由树脂层模仿树脂基体、气隙层模仿裂缝气隙、玻璃层模仿玻璃纤维构成的树脂-玻璃复合构件,然后以此复合构件作为标定和量化系统的标准件进行实验研究。通过对平滑或散斑表面树脂-玻璃复合构件分别进行加载前后干涉光谱的两次拍摄,完成构件内部切面的离面位移测量,测量速度快。该系统的视场范围为3.5 mm、轮廓测量分辨率为±26.6 μm、离面位移测量精度为±0.1 μm、测量深度为2.66 mm。该方法在玻璃纤维增强树脂基复合材料力学性能测量和无损检测领域应用前景良好。     

UP/GF/LCPU原位混杂复合材料动态力学性能

为了改进不饱和聚酯树脂在高低温和交变应力下力学性能和热稳定性较差的缺点,利用自行合成的端基含有活性基团的热致性液晶聚合物(LCPU)对不饱和聚酯(UP)/玻璃纤维(GF)复合材料改性,用DMA测试了共混物的动态力学性能,用扫描电镜(SEM)对材料断面的形态结构进行了研究.结果表明,加入一定量的LCPU,复合材料的动态力学性能得到一定改善,材料的冲击强度和弯曲强度得到明显的提高,其中冲击强度最大提高了16%,弯曲强度最大提高36%,弯曲模量最大提高61%,材料的应力-应变行为得到改善,而LCPU的含量对材料的硬度影响不大;LCPU的加入对提高材料的断裂能具有一定的作用.     

玻璃纤维增强乙烯基酯树脂复合材料的增韧

聚合物基复合材料的增韧一直是高分子材料领域研究的热点之一．文中从乙烯基酯树脂基体增韧、乙烯基酯树脂／玻璃纤堆界面改性及增强材料结构和形式的优化三个方面对玻璃纤堆增强乙蜂基酯树脂复合材料的增韧进行了综述,介绍了各种增韧方法的机理和增韧效果,对这些增韧方法进行了评述．并分析了今后的发展方向．     

Effect of Seawater and Warm Environment on Glass/Epoxy and Glass/Polyurethane Composites

A study of the durability of fiber reinforced polymer (FRP) materials in seawater and warm environment is presented in this paper. The major objective of the study is to evaluate the effects of seawater and temperature on the structural properties of glass/epoxy and glass/polyurethane composite materials. These effects were studied in terms of seawater absorption, permeation of salt and contaminants, chemical and physical bonds at the interface, degradation in mechanical properties, and failure mechanisms. Test parameters included immersion time, ranging from 3 months to 1 year, and temperature including room temperature and 65°C. Seawater absorption increased with immersion time and with temperature. The matrix in both composites was efficient in protecting the fibers from corrosive elements in seawater; however moisture creates a dual mechanism of stress relaxation—swelling—mechanical adhesion, and breakdown of chemical bonds between fiber and matrix at the interface. It is observed that high temperature accelerates the degradation mechanism in the glass/polyurethane composite. No significant changes were observed in tensile strength of glass/epoxy and in the modulus of both glass/epoxy and glass/polyurethane composites. However, the tensile strength of the glass/polyurethane composite decreased by 19% after 1 year of exposure to seawater at room temperature and by 31% after 1 year of exposure at 65°C. Plasticization due to moisture absorption leads to ductile failure in the matrix, but this can be reversed in glass/polyurethane composites after extended exposure to seawater at high temperature where brittle failure of matrix and fiber were observed.     

Behavior of polymer concrete beam/pile confined with CFRP sleeves

This research investigates the flexural behavior of a polymer concrete beam/pile encased with carbon fiber sleeve. The mechanical properties of carbon fiber sleeves in tension and cement and polymer concrete in compression were determined. Polymer concrete beams were tested in flexure to determine the bending moment capacity. Then, the test results were compared to the theoretical model results. Finally, a parametric study was conducted to determine the influence of beam/pile parameters on the capacity of the element. Based on the investigation, carbon fiber sleeve filled with polymer concrete exhibits outstanding structural performance including ductility and bending capacity.     

Influence of the fiber/matrix strength on the mechanical properties of a glass fiber/thermoplastic-matrix plain weave fabric composite

In this work, we analyze the influence of different fiber surface treatments on the mechanical properties of plain weave composites. The reinforcement is a glass fibers fabric and the matrix is an acrylic polymer. Until very recently, this thermoplastic polymer family was not used in composite industry. It is therefore necessary to study if the existing fiber surface treatments are suitable for acrylic resins or if new ones have to be found. At the macroscale, composite materials corresponding to different fiber surface treatments were characterized with: (i) monotonic in-plane shear tests and (ii) heat-build up fatigue measurements on specimens with ±45° fiber orientations with respect to the tensile force. At the mesoscale (fabric scale), the development of damage was experimentally analyzed from (i) 3-D DIC (Digital Image Correlation) full-field strain measurements with spatial resolution smaller than the textile repeating unit and (ii) X-ray microtomography. We show that the analyzed composite materials exhibit linear viscoelastic behavior until a given stress threshold above which damage develops in the material. It was also found that the application on the fibers of a coupling agent specifically developed for promoting the bond between glass fibers and acrylic resins improves the composite mechanical properties, in particular the fatigue properties.     

静电植绒法处理多壁碳纳米管改性玻纤织物/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

为提高玻纤增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用静电植绒法将多壁碳纳米管(MWCNTs)附着在玻纤织物表面,得到改性的玻纤织物。利用一种低黏度的环氧树脂和所制得的改性织物,采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了MWCNTs改性格玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板,表征了层合板的力学性能。对进行力学实验后的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料试样断口进行了SEM和OPM观察。结果显示:与未添加MWCNTs的玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板相比,添加了MWCNTs的层合板的拉伸强度降低了10.24%,弯曲强度降低了13.90%,压缩强度降低了17.33%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了19.38%和16.04%,压缩模量提高了13%;MWCNTs与玻纤织物之间的结合较弱,在拉伸作用下,存在明显的脱粘和分层;将改性玻纤织物在200℃下热压处理2h后,制备的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板的力学性能均有所提高,热压处理后树脂与玻纤织物之间的界面结合得到改善。     

聚合物涂层对高模量碳纤维表面性能的影响

为改善碳纤维表面性能以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能,对PAN基高模量碳纤维（HMCF）表面进行聚合物涂层处理。研究了不同潜伏性固化剂含量的聚合物涂层对HMCF表面以及碳纤维/树脂复合材料的界面性能的影响。IR分析表明,聚合物涂层与纤维或树脂基体发生了化学反应。扫描电镜和动态机械热分析的结果也说明,聚合物涂层能够提高...     

纤维网格增强超高韧性水泥复合材料加固混凝土圆柱受压性能试验

为提升纤维增强聚合物复合材料（FRP）在加固材料中的优势和发挥效率,同时克服传统纤维网格增强砂浆的抗裂性差的缺点,将超高韧性水泥基材料（ECC）替代砂浆作为FRP网格无机黏结剂的新型复合材料已被提出,但仍缺乏相关的基础研究。本文以新型聚乙烯型ECC为基材,重点研究FRP grid/ECC加固混凝土柱的加固机制。以标准混凝土圆柱为试验对象,采用新型ECC材料为基材的FRP grid/ECC复合材料,以不同强度素混凝土、不同网格材料（玄武岩纤维增强聚合物复合材料（BFRP）与碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）网格）为试验变量,研究了该加固方式下对混凝土轴心受压性能的影响。试验结果表明,该加固方法可有效改善素混凝土脆性压溃破坏模式,提高峰值强度及受压延性。基于FRP grid/ECC材性特征,提出两阶段FRP grid/ECC加固机制,并基于该机制提出加固素混凝土圆柱承载力计算方法。      

玻璃纤维增强光固化树脂基齿科生物复合材料的半互穿网络结构界面的形成及力学性能

采用不同浓度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)丙酮溶液对玻璃纤维进行表面处理,并对不同处理条件下的玻璃纤维表面化学组成、PMMA的吸附量及齿科树脂基复合材料的力学和界面性能进行了分析和测试。结果表明,经过表面处理,玻璃纤维表面吸附上PMMA,且吸附量随PMMA溶液浓度的增大而增大。控制玻纤表面吸附的PMMA质量分数在1%左右,可以设计其与齿科树脂形成半互穿网络结构的良好界面。与未处理的玻纤复合材料相比,用质量分数为5%的PMMA溶液处理的玻纤/光固化树脂基复合材料的弯曲强度提高29.6%,弯曲模量提高30%,可以作为一种齿科修复用的新型生物复合材料应用。