含MWCNTs玻璃纤维增强复合材料的力学和界面性能的研究

为了进一步提高玻璃纤维增强环氧复合材料(GFRE)的力学性能,本文将工业级多壁碳纳米管(MWCNTs)均匀分散在含分散剂B60T的环氧树脂(EP)中,制备了MWCNTs/GFRE复合材料。研究了MWCNTs官能团种类和含量对GFRE宏观和微观力学性能的影响,并对复合材料界面粘合性进行了分析。结果表明:官能化MWCNTs可以明显提高GFRE的力学性能和层间粘合强度,羟基化碳纳米管(MWCNTs-OH)对GFRE的力学性能和层间剪切强度提升最明显;与GFRE相比,当MWCNTs-OH用量为0.1wt%时,MWCNTs-OH/GFRE的拉伸强度和弯曲强度分别提高了51.9%和31.2%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了9.1%和5.2%,层间剪切强度提高了23.9%;动态粘弹性研究表明,与GFRE相比,MWCNTs-OH/GFRE的初始模量提升了约10.1%,玻璃化温度提高约4.8℃;MWCNTs对MWCNTs/GFRE界面结合和耐温性的提高,与其官能团数量、种类及其与环氧分子的反应难易以及形成的化学键自由度有关。     

碳纳米材料表面改性碳纤维及在环氧树脂中的应用

以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,通过超声的方法分别制备含多壁碳纳米管(MWCNTs)或石墨烯纳米片(GnP)的碳纳米材料表面改性剂,采用浸渍法对预处理碳纤维(CF)(去浆CF)进行改性使碳纳米材料均匀涂覆在纤维表面上,然后采用手糊成型及热压成型工艺制备环氧树脂(EP)/改性CF复合材料,利用扫描电子显微镜和电子万能试验机分析碳纳米材料表面改性剂制备条件对CF表面形貌、复丝拉伸性能的影响,在此基础上,选择各自的最佳表面改性剂制备条件,对比了含MWCNTs或GnP的表面改性剂改性CF对复合材料力学性能的影响。结果表明,碳纳米材料在表面改性剂中的分散状态直接影响CF表面碳纳米材料分布的均匀性和复合材料的性能。超声时间为2h的含MWCNTs表面改性剂和GnP质量分数为0.5%的含GnP表面改性剂对CF的改性效果较好,相应复丝的拉伸强度与去浆CF复丝相比分别提高了59.4%和70.2%,而相应复合材料的弯曲强度相对于EP/去浆CF复合材料分别提高了11.2%和41.1%,层间剪切强度分别提高了35.8%和71.3%。     

表面改性SiO_2对PP基复合材料性能的影响

分别采用正辛基三乙氧基硅烷、正十二烷基三甲氧基硅烷对纳米SiO2晶须表面接枝改性,并制备了改性PP/nano-SiO2复合材料,探讨了偶联剂种类与复合材料性能间的关系。研究发现:改性PP/nano-SiO2复合材料弯曲强度、拉伸强度和弯曲模量略低于未改性的PP/nano-SiO2复合材料,但冲击强度和断裂标称应变更优;改性PP/nano-SiO2复合材料具有更好的耐磨性能和耐刮擦性能;正十二烷基三甲氧基硅烷改性纳米SiO2能够明显提高复合材料的热变形温度,且耐刮擦性能和耐磨性能优于正辛基三乙氧基硅烷改性纳米SiO2和未改性SiO2,能够在车用内饰件领域得到更好的应用。     

等离子体射流载气流量大小对玻璃纤维改性效果影响的研究

通过大气压等离子体射流在玻璃纤维（GF）表面沉积氧化硅（SiO_x）纳米颗粒的方法改善玻璃纤维增强聚丙烯（GFRP）复合材料的界面结合性能,利用扫描电子显微镜、原子力显微镜和X射线光电子能谱等表征分析了改性纤维的表面形貌、化学成分、润湿性能和复合材料的界面结合性能,并考察了等离子体射流载气流量大小对GF改性效果的影响。结果表明,当载气流量为40 mL/min时,GF的改性效果最好,且此时GF的表面能相比对照组提高了43.18 %,GFRP复合材料的层间剪切强度提高了30.79 %;经过等离子体处理后,GF的表面粗糙度增大,极性官能团增多,复合材料的界面结合性能提升。     

废电路板中回收玻璃纤维对聚丙烯基复合材料力学性能的影响

以废电路板中的回收玻璃纤维粉体（RFGP）作为聚丙烯基复合材料的填充料,采用熔融共混方法制备了玻璃纤维粉体/聚丙烯复合材料（PPMC）,并通过其力学性能测试和缺口冲击断面形貌观察,分别研究了RFGP的表面改性、粒级及填充量对PPMC力学性能的影响。结果表明：经过γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH-550）表面改性处理的RFGP可明显提高PPMC力学性能,其中粗粒级的RFGP对PPMC力学性能的提高幅度比细粒级的更显著,并随填充量的增加先升高后降低;当改性RFGP的粒级为180～450 μm及填充量为30%时,PPMC的弯曲模量、弯曲强度、拉升强度和冲击强度最大增幅分别为68.4%、31.2%、25.9%和41.4%。     

多壁碳纳米管改性双组分环氧树脂的研究

采用熔融法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)改性双组分环氧树脂,采用DSC热分析仪、万能拉力机对改性后的环氧树脂的结构及性能进行了研究。结果表明,随着多壁碳纳米管(MWCNTs)添加量的增加,复合材料的玻璃化转化温度不断提高,当MWCNTs的质量分数为0.5%时,环氧树脂的玻璃化转化温度可提高10℃,铝-铝拉伸剪切强度由24.5 MPa提高到27 MPa。     

铝酸酯偶联剂改性硅藻土对聚氯乙烯性能的影响

采用铝酸酯偶联剂对硅藻土进行表面改性,制备了聚氯乙烯/硅藻土复合材料,利用傅里叶转换红外光谱仪、高温热重分析仪、动态热机械分析仪及显微硬度计等手段分析对比了硅藻土改性前后对聚氯乙烯热力学和动力学性能方面的影响。结果表明,硅藻土表面改性后可提高聚氯乙烯的拉伸强度、冲击强度和维氏硬度,分别提高了20.1%、4.7%和23.5%,弯曲强度和弯曲模量有所下降;铝酸酯偶联剂对聚氯乙烯具有辅助热稳定作用;硅藻土表面改性后复合材料的储能模量、损耗模量和损耗因子均随温度的升高表现出先下降后又上升的变化趋势,其玻璃化转变温度向高温方向移动了1.77℃。     

硅烷改性纳米氧化锌改善竹塑复合材料的防霉性能

为改善竹粉/聚丙烯复合材料防霉性能差的缺陷,采用硅烷偶联剂改性纳米氧化锌(ZnO)接枝分散在竹粉上并与聚丙烯共混热压制备复合材料,研究硅烷改性ZnO对竹塑复合材料防霉性能、力学性能、表面微观结构的影响,结果表明,改性氧化锌对霉菌有抑制作用,随着硅烷改性ZnO添加量的增加,材料防霉能力提升,弯曲强度变化不显著,弯曲模量呈逐渐下降趋势。硅烷改性ZnO的最佳用量为3%,霉菌防治效力为87.5%,弯曲强度下降3.4%,弯曲模量下降2.1%,不具有显著差异。添加硅烷改性ZnO能够抑制霉变对复合材料表观形态的不良影响,减少霉变造成复合材料表面裂纹现象的出现。胞内蛋白质渗出量随改性ZnO浓度提高而增加表明改性ZnO改变霉菌细胞膜性质是其防霉机理。     

聚合物接枝多壁碳纳米管及其聚氨酯复合材料

用H2O2-FeSO4试剂和硅烷偶联剂KH550制备了氨基化多壁碳纳米管(MWCNTs),再通过与顺丁烯二酸酐(MA)/甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸丁酯的聚合物反应将聚合物接枝到MWCNTs表面,并将其与聚氨酯(PU)混合制备了复合材料。通过红外光谱、拉曼光谱、热重分析、扫描电镜及力学和电性能测试研究了原料配比对聚合物接枝率的影响,改性MWCNTs的结构及其复合材料的性能。结果表明,MA与(甲基)丙烯酸酯的物质的量比为1∶8时,聚合物的接枝率最高。改性MWCNTs在PU基材中具有良好的分散性能和较强的界面结合力。加入质量分数1.5%的改性MWCNTs后,其PU复合材料的拉伸强度和储能模量分别为25.2和4 500 MPa,比未改性MWCNTs/PU复合材料分别提高了25%和50%,初始热分解温度提高了4.4℃,体积电阻率降低了2个数量级。     

含载锌抗菌剂的EVA发泡材料的研究

以EVA为主要原料、添加载锌抗菌剂等助剂,制备抗菌EVA发泡材料;采用硅烷、铝酸酯两种偶联剂.分别对载锌抗菌剂进行表面改性,用粘度法对表面改性效果进行分析,用扫描电镜观察抗菌剂在EVA材料中的分散情况以及对材料泡孔的影响,分析检测了抗菌EVA发泡材料的力学性能、抗菌性能和防霉性能.结果表明:硅烷偶联剂的改性效果较好.含2%载锌抗菌剂(硅烷改性)的EVA发泡材料,其泡孔的孔径增大,相对密度降低10.8%,撕裂强度增加11.3%,断裂伸长率提高27.1%;抗菌防霉性能优良.     

耐候性PE基木塑复合材料的制备及性能研究

利用十六烷基三甲氧基硅烷对植物纤维(PF)进行表面接枝改性,并与聚乙烯(PE)共混挤出后,制备PE/改性植物纤维(MPF)木塑复合材料,探讨PF的表面改性对复合材料耐候性的影响。结果表明:PF的表面改性能够明显提高复合材料耐自然老化性能。放置180 d,拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别从下降9.7%、9.9%、8.5%、22.8%降至下降3.1%、2.0%、3.1%和10.6%。耐冷热交变性能也有明显提高,冷热交变循环25次后,复合材料拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别从下降9.7%、13.5%、5.2%、25.4%降至2.6%、1.0%、0.7%和8.4%,但对复合材料耐紫外性能影响不大。     

有机硅改性酚醛型环氧固化剂及其固化产物性能的研究

通过聚甲基三乙氧基硅烷(PTS)与环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷缩合产物对线型酚醛树脂进行接枝改性,并将其改性产物用于固化环氧树脂。通过制备一系列不同比例改性酚醛树脂并分别与环氧树脂固化。所得的环氧固化产物进行冲击强度、玻璃化转变温度、热失重等测试,结果表明,改性固化产物比未改性固化产物玻璃化转变温度提高了约30℃,冲击强度最高提高了36.6%,高温热稳定性也显著增强。改性产物实现了热稳定性和韧性的综合提升。     

插层剂对PA66/蒙脱土纳米复合材料性能影响

将不同插层剂改性的蒙脱土与尼龙66(PA66)通过熔融共混制得了纳米复合材料,对复合材料的热变形温度和力学性能进行了研究。结果表明,与纯PA66相比,3种插层剂改性的蒙脱土／PA66纳米复合材料的热变形温度、弯曲模量、弯曲强度均有明显提高,拉伸模量和屈服强度也有所提高,但断裂伸长率和缺口冲击强度则明显下降;含极性羟基的插层剂对复合材料的综合改性效果较好,含2个长链非极性烃基的插层剂改性效果较差;加入环氧树脂后,复合材料的热变形温度、拉伸模量和弯曲模量有所降低,屈服强度、弯曲强度、断裂伸长率和缺口冲击强度则有所增加。     

多层塑料复合板废料改性聚丙烯的研究

将用偶联剂和增容剂改性的多层塑料复合板固体废料粉末（GFRP）加入到聚丙烯（PP）基体中,制备复合材料。采用差示扫描量热仪（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）研究了复合材料的微观结构和热性能,并测试了材料的力学性能。研究结果表明,当1 %硅烷偶联剂KH570处理的GFRP的含量为20份（质量份,下同）,增容剂马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）含量为2份时,复合材料的冲击强度显著提高,弯曲强度与弯曲模量也有一定程度的提高,拉伸强度下降不大。SEM观察结果表明,PP/改性GFRP/PP-g-MAH复合材料在断裂过程中发生塑性变形。DSC分析表明,GFRP的加入没有改变PP的晶型。     

改性碳纳米管对聚氨酯发泡行为的影响

利用酯化反应将丙三醇接枝到多壁碳纳米管(MWCNTs)上,制备得到表面羟基化的丙三醇改性MWCNTs,并进一步研究了丙三醇改性MWCNTs对聚氨酯发泡行为的影响。利用傅里叶红外光谱仪、热失重分析仪、透射电子显微镜等设备对丙三醇改性MWCNTs进行了结构表征,研究了丙三醇改性MWCNTs添加量对聚氨酯泡沫的泡孔结构、表观密度、压缩强度的影响。结果表明,丙三醇成功接枝到MWCNTs表面,接枝率约为25%;当添加0. 6%的丙三醇改性MWCNTs时,聚氨酯泡沫的泡孔平均直径最小,压缩强度和模量可以达到最大值。因此,丙三醇改性MWCNTs在聚氨酯基体中的分散性好,成核效果明显,并具有较好的增强效果。     

聚酰胺6／蒙脱土与聚酰胺66／蒙脱土纳米复合材料性能比较

将三种不同插层剂改性的蒙脱土与聚酰胺6和聚酰胺66通过熔融共混分别制得纳米复合材料，对其热性能和力学性能进行了研究，对不同插层剂的改性效果和聚酰胺6、聚酰胺66两类纳米复合材料的性能进行了比较。结果显示，所有复合材料的热变形温度、拉伸模量、屈服强度、弯曲模量和弯曲强度均比纯树脂的要高，而断裂伸长率和缺口冲击强度则有所下降；蒙脱士对聚酰胺6的改性效果明显好于对聚酰胺66；三种插层剂中，含羟基的季铵盐改性效果最好，含两个长链烃基的铵盐改性效果最差。     

成核剂和乙烯马来酸酐共聚物混杂改性玻璃纤维增强聚酰胺复合材料

利用静电吸附方法制备了成核剂(P22)和乙烯马来酸酐共聚物(EMA)混杂改性的玻璃纤维(GF)增强体,并通过挤出成型制备了聚酰胺66(PA66)/改性GF增强体复合材料。采用扫描电子显微镜观察复合材料断面和刻蚀后断面。结果表明,P22吸附在GF表面可以诱导PA66在GF表面结晶,而EMA分子中的酸酐基团则可以与PA66分子链末端的氨基发生反应,使PA66附着在GF表面,改善了GF与基体的界面结合;良好的界面结合使PA66/GF-P22 、PA66/GF-EMA、PA66/GF-EMA-P22复合材料的层间剪切强度和动态储能模量(室温25 ℃)分别提高了18.3 %、25.4 %、32.4 %和15.4 %、24.1 %、35.9 %。     

PP/改性蓖麻纤维复合材料的微交联结构构建与性能研究

以蓖麻植物纤维为原料,以硅烷偶联剂KH-590对其进行表面修饰改性,并制备了不同植物纤维含量的PP/改性植物纤维复合材料。以硅烷偶联剂正辛基三乙氧基硅烷改性植物纤维和未改性植物纤维为参照,对复合材料性能进行分析,结果表明:在植物纤维含量大于30%时,复合材料形成了微交联结构。在植物纤维含量大于30%时,复合材料拥有更高的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量,并且热稳定性更高,但熔体流动性较差、断裂标称应变较低。     

玻璃纤维增强筋在低温环境中的拉伸性能研究

分别将直径为16、22mm的玻璃纤维增强(GFRP)筋在不同温度下进行拉伸试验,研究了温度、筋体直径、恒温时间等因素对GFRP筋拉伸性能的影响,揭示了其拉伸性能的变化规律。结果表明,在低温环境下,GFRP筋体破坏表观特征无明显变化;在-20~0℃时,筋体极限拉伸强度随温度的降低而增加,直径为16mm的GFRP筋的拉伸模量随温度的降低变化明显,而直径为22mm的GFRP筋则呈现较稳定的状态;在0~20℃时,2种筋体的极限拉伸强度和拉伸模量均变化较小;低温状态下恒温1h后,筋体的拉伸性能趋于稳定,低温持续时间对筋体的影响较小。     

中温固化热熔胶膜法制备环氧树脂预浸料及其复合材料

以双酚A型环氧树脂为基体,3,3'-二乙基-4,4'-二氨基二苯甲烷(DEDDM)为固化剂,热塑性树脂为增韧剂,采用中温固化热熔胶膜法制备环氧树脂预浸料,并以玻璃纤维为增强体制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料。结果表明,环氧树脂固化物及其复合材料的力学性能和热性能均随增韧剂的加入呈上升趋势。当增韧剂质量分数为20%时,环氧固化物的弯曲和冲击强度分别为122.4MPa和23.8 kJ/m~2,较纯环氧树脂分别提高50%和154%;玻璃化转变温度(T_g)从102℃提升到123℃;增韧剂/玻璃纤维/环氧树脂复合材料的弯曲强度和层间剪切强度为636.5 MPa和54.9 MPa,T_g为130℃。扫描电子显微镜(SEM)分析表明,玻璃纤维和环氧树脂具有较好的界面粘接性能。