硼改性酚醛泡沫复合材料的制备与性能研究

为改善酚醛泡沫的耐高温性能,实验将适量的B2O3引入酚醛泡沫,经模压成型、固化后,制备出硼改性酚醛泡沫复合材料;研究了硼改性酚醛泡沫复合材料的微观结构,以及不同的硼含量对酚醛泡沫的压缩性能、耐高温性能的影响。结果表明,硼改性酚醛泡沫的压缩断裂特征为假塑性断裂模式;引入适量的B2O3,可改善树脂基体相的韧性,提高酚醛泡沫复合材料的压缩强度,当B2O3含量为质量分数4%时,酚醛泡沫的压缩强度最大,为10.14 MPa,比纯酚醛泡沫提高了5.18%。硼改性有利于酚醛泡沫的高温稳定性,酚醛泡沫的热分解温度和残碳率均随硼含量的增加而有所提高;当B2O3含量为质量分数7%时,酚醛泡沫的耐高温性能最优,其失重10%时的热分解温度为447℃,比纯酚醛泡沫提高了76.68%;其800℃下的残碳率为66.37%,较纯酚醛泡沫高出16.05%。     

三维间隔连体织物复合材料力学性能

三维间隔连体织物复合材料是由纤维连续织造呈空芯结构的三维间隔连体编织物作增强体的新型轻质夹层结构 , 具有整体性、 轻质、 可设计、 低成本等特点。本文中对三维间隔连体织物复合材料增强体的结构特征进行了分析 , 考察了材料在平压、 剪切和三点弯曲载荷作用下的力学特性及破坏模式 , 并分析了织物结构参数对复合材料平压、 剪切、 三点弯曲性能的影响。结果表明 : 随芯柱高度的增加 , 材料的压缩强度和剪切强度降低 ,弯曲刚度增加; 随芯柱密度的增加 , 材料的压缩强度、 剪切强度和弯曲刚度都有大幅度的提高 , 且纬向剪切强度和弯曲刚度都大于经向。研究结果为该类材料的结构优化设计和性能分析奠定了重要基础。     

短纤维混杂增强PP复合泡沫材料的力学性能

将助剂预混与二次挤出工艺相结合制备含短纤维预发泡粒料, 并用型内二次发泡工艺制备了短炭纤维(SCF)、 短玻璃纤维(SGF)混杂增强聚丙烯(PP)复合泡沫材料。研究了在纤维总质量分数不变时, SCF与SGF的相对含量、 增强纤维与PP的界面性能及泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的发泡效果和力学性能的影响。结果表明: SGF和SCF的同时加入能够改善PP的高温熔体强度, 获得孔径较小且均一的类球形的闭孔PP泡沫体。SGF和SCF混杂增强提高了PP复合泡沫材料的强度和模量, 且增强效果高于单一纤维, 当纤维总质量分数为15%, 且SGF ∶SCF为1 ∶1时(质量比), PP复合泡沫材料的抗弯强度和抗压强度最高, 而SGF ∶SCF为3 ∶1时, PP泡沫复合材料的冲击韧性和压缩模量达到最大值 。泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的冲击韧性和抗压强度影响显著, 当表观密度从0.32g/cm3增至0.45g/cm3时, 冲击韧性和抗压强度分别从4.29kJ/m2和6.57MPa 提高到17.87kJ/m2和20.57MPa。      

PP/POE/SGF三元复合泡沫体的压缩吸能特性研究

在准静态单向压缩条件下,测试和分析了聚丙烯(PP)/乙烯-1-辛烯共聚物(POE)/短玻璃纤维(SGF)三元泡沫复合材料的压缩性能,考察了SGF的质量分数对压缩弹性模量、屈服强度和能量吸收特性的影响.结果表明:PP/POE/SGF泡沫复合材料的压缩应力-应变曲线具有典型的弹性变形、屈服平台和致密化三个阶段;适量SGF的引入提高了压缩弹性模量、屈服强度和吸能能力,而在研究的范围内,较高含量(20%以上)的SGF才能提高泡沫复合材料的吸能效率,其增强效果不如吸能能力明显.     

三维织物间隔复合材料的力学性能

三维织物间隔复合材料是一种由垂向机织物连接两个平行织物平面的三维机织间隔复合材料,具有整体性好、可设计性强等特点。以玻璃纤维、碳纤维为原料,对三维间隔织物的结构进行设计,制备三维织物间隔复合材料,研究材料在平压和三点弯曲载荷作用下的力学特性,并分析纤维种类、夹芯层间距等结构参数对材料压缩、弯曲性能的影响。结果表明:随着夹芯层间距的增加,材料的压缩强度逐渐降低;材料的弯曲强度也逐渐降低,且纬向弯曲强度大于经向;采用碳纤维与玻璃纤维分别作为纬纱进行织造,前者制备的复合材料的压缩和弯曲强度均高于后者。     

三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料的基本力学特性

将三维间隔连体织物泡沫夹层结构平压、剪切和三点弯曲载荷作用下的力学特性与三维间隔连体织物复合材料、传统泡沫夹层结构复合材料进行了对比分析,在此基础上,考察了芯柱高度、泡沫密度对复合材料平压、剪切、三点弯曲性能的影响。结果表明,三维间隔连体织物泡沫夹层结构复合材料承受平压载荷时,芯柱和泡沫存在协同效应;平压载荷作用下主要发生芯柱断裂破坏;随着芯柱高度增加,平压、剪切强度均减小;随着泡沫密度增加,平压强度近似呈指数增长。     

碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料的力学性能

制备了纤维长度为1 mm和2 mm的碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料,其纤维质量比分别为0.2%、0.5%、1%和3%。对材料进行三点弯曲实验和压缩实验,研究了纤维长度和纤维质量比对其弯曲强度和弯曲弹性模量、压缩强度和压缩弹性模量等力学性能的影响。结果表明,添加两种长度的碳纤维都能明显提高复合材料的弯曲和压缩力学性能。随着碳纤维质量比的增大复合材料的弯曲强度和压缩强度呈先增大后减小的趋势,当碳纤维的质量比为0.5%时达到最大值,随后则随纤维含量的增大而逐渐降低。当碳纤维的长度为1 mm质量比为0.5%时,复合材料试件的弯曲强度和压缩强度比未添加纤维时分别提高198%和110%。碳纤维的长度为1 mm时纤维含量的变化对复合材料的弯曲强度、压缩强度和压缩弹性模量有较大的影响,但是当纤维长度为2 mm时纤维含量的变化对弯曲强度和压缩强度的影响不大。     

羧基碳纳米管增强酚醛泡沫的压缩性能及热性能

研究了羧基碳纳米管(CNT-COOH)增强酚醛泡沫复合材料的制备工艺、微观结构、压缩性能和热性能,并结合红外光谱和泡沫在不同压缩应变下的变形破坏形貌,探讨了CNT-COOH对酚醛泡沫的增强机制。结果表明,CNT-COOH作为异相成核剂,使酚醛泡沫泡孔的平均尺寸减小,泡孔密度增大; 随着酚醛泡沫中CNT-COOH含量增加,CNT-COOH/酚醛泡沫复合材料的压缩模量和压缩强度提高。红外分析表明,CNT-COOH可能未与酚醛泡沫发生固化反应。CNT-COOH/酚醛泡沫复合材料在不同压缩应变下的SEM分析表明,CNT-COOH位于泡孔的孔壁上,并通过CNT-COOH/酚醛泡沫的界面传载作用承受了一定载荷,增强了泡沫的力学性能。热重分析和垂直燃烧试验表明,CNT-COOH作为稳定剂,降低了泡沫的热降解速率,使其热稳定性和阻燃性能均略有提高。     

蒙脱土改性炭泡沫复合材料

以酚醛树脂、BJO-0930酚醛微球为原材料,与适量蒙脱土混合,采用模压成型法制备出酚醛泡沫前驱体,在Ar气保护下进行800℃炭化处理,得到蒙脱土改性闭孔微球型炭泡沫复合材料。探讨蒙脱土对炭泡沫微观结构、压缩强度和热导率的影响。结果表明,蒙脱土改性炭泡沫复合材料的基体相与微球相结合更紧密,孔隙率降低;压缩强度提高到25.54MPa;热导率也明显降低,800℃下的热导率降为0.588W/(m·K)。     

端异氰酸根聚氨酯预聚体增韧改性酚醛泡沫塑料性能研究

以聚丙二醇(PPG2000)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为原料合成了异氰酸根封端的聚氨酯预聚体(PUP),分别以合成的预聚体和市售的聚氨酯预聚体为增韧剂改性酚醛泡沫,研究了PUP用量及异氰酸根含量对酚醛泡沫力学性能、热稳定性能、导热性能及阻燃等性能的影响,并对改性前后的酚醛泡沫进行了电子显微镜扫描泡孔结构和红外光谱分析。结果表明,聚氨酯预聚体用量为5%(wt,质量分数,下同),异氰酸根含量为4.1%时,酚醛泡沫的韧性和保温性能最好,其中相对弯曲强度和相对压缩强度分别为5.11kPa·m~3/kg和3.33kPa·m~3/kg,分别比纯泡沫提高了86.5%和43.5%;改性泡沫导热系数为0.057W/m·K,比纯泡沫导热系数(0.064W/m·K)低;增韧的酚醛泡沫热稳定性能略有降低,但下降幅度不大;此外,聚氨酯增韧后的酚醛泡沫阻燃性能均大于34%,具有优良的阻燃性能,且酚醛泡沫闭孔率高、泡空分布均匀。     

中空玻璃微珠增强酚醛泡沫的压缩性能及热稳定性

为了改善酚醛泡沫（PF）的力学性能,通过模压成型制备了中空玻璃微珠（HGB）增强的PF复合材料,采用力学性能测试、热重分析和燃烧试验研究了HGB用量对复合材料压缩性能和热性能的影响,并对其增强机制进行了分析。结果表明：当HGB质量分数为树脂的10%时,增强PF的压缩比强度和压缩比模量达到最大值;经过硅烷偶联剂表面处理的HGB增强PF的压缩比强度和压缩比模量提高幅度较大。热重分析和垂直燃烧试验表明：HGB的加入降低了PF的热降解速率,使其热稳定性有所提高,阻燃性能略有下降。SEM、FTIR和EDS分析表明：HGB增强PF的破坏方式为泡孔受挤压破碎,并最终导致HGB脱粘或刚性破碎。HGB增强PF的泡孔密度增加、泡孔直径变小,HGB表面与树脂基体间界面粘结状况良好,在树脂基体中均匀分散。     

三维连体织物格栅夹芯材料力学特性实验研究

以三维连体织物格栅夹芯材料为研究对象, 研究其在平压、 剪切载荷作用下的力学特性与破坏模式, 并考察格栅分布密度、 厚度和泡沫填充等对力学性能的影响, 揭示纤维芯柱间的协同作用。结果表明: 三维连体织物格栅复合材料及其夹芯材料平压及剪切性能随芯柱纬向间距的增大而减小; 三维连体织物格栅夹芯材料芯柱之间的协同作用随着芯柱纬向间距的增大而逐渐增大; 大厚度三维连体织物格栅复合材料平压破坏模式主要为芯柱失稳, 最终芯柱断裂破坏, 剪切破坏模式为芯柱受剪根部断裂。     

Lignin particle- and wood flour-reinforced phenolic foams: Friability,thermal stability and effect of hygrothermal aging on mechanical properties and morphology

In the present work, the effect of lignin particles and wood flour weight fractions incorporated on friability and thermal stability of a phenolic foam was determined. In addition, the effect of hygrothermal aging on compressive mechanical properties and cell size of the materials was studied. The incorporation of lignin particles decreased friability of the phenolic foam; whereas, wood flour increased it. The influence of both reinforcements on thermal stability of the material was very low. Although the reduction in mechanical properties of reinforced foams was higher than for the unreinforced material after hygrothermal aging, modulus and strength of the reinforced foams were still superior to those of the unreinforced material. Hygrothermal aging did not influence cell size of the foams studied. The material which exhibits the best combination of features was 8.5 wt.% lignin particle-reinforced phenolic foam.     

纤维增强发泡保温复合材料的制备与性能

为了增强玻化微珠/水泥发泡保温复合材料的力学性能和保温性能,通过掺加改性物理泡沫降低发泡保温复合材料的密度和导热系数,采用改性纤维对发泡保温复合材料进行增强。研究了纤维增强发泡保温复合材料的力学性能和耐水性能,并利用扫描电镜对试样内部微观形貌进行观察,探讨了改性泡沫和改性纤维对发泡保温复合材料的增强机制。结果表明,掺加泡沫明显降低了发泡保温复合材料的密度和导热系数,当泡沫掺量为1.05 mL/g时,试样密度和导热系数分别为186 kg/m³和0.056 W/（m·K）。泡沫改性可有效改善发泡保温复合材料的强度和软化系数,掺加改性泡沫试样的抗折强度、抗压强度和软化系数较掺加乳胶粉试样的分别提高了21.05%、21.43%和13.56%。改性纤维可显著提高发泡保温复合材料的强度和软化系数,掺加改性纤维试样的抗折强度、抗压强度和软化系数较掺加未改性纤维试样的分别提高了25.93%、13.51%和8.33%。     

Mechanical,thermal and morphological characterization of cellulose fiber-reinforced phenolic foams

In this work, the compressive mechanical properties, thermal stability and morphology of cellulose fiber-reinforced phenolic foams were studied. The cellulose fiber-reinforced phenolic foam showed the greatest compressive mechanical properties by incorporating 2 wt.% of the reinforcement. The compressive modulus and strength of 2 wt.% cellulose fiber-reinforced phenolic foam were increased by 21% and 18%, respectively, relative to the unreinforced material. The addition of the cellulose fibers to the phenolic foam slightly decreased the thermal stability of the material. The study on the morphology of the cellulose-reinforced phenolic foams via Scanning electron microscopy (SEM) indicated a strong bonding between the fibers and phenolic matrix. In addition, the incorporation of the cellulose fibers into the foam resulted in a decreased cell size and increased cell density of the material. The incorporation of 2 wt.% of cellulose fibers into the phenolic foam led to obtain the material with the best features.     

Formulation optimization of unreinforced and lignin nanoparticle-reinforced phenolic foams using an analysis of variance approach

Formulations of unreinforced and lignin nanoparticle-reinforced phenolic foams were optimized using an analysis of variance approach. The variables studied in the formulation of phenolic foams were stirring speed (650–850 rpm) and blowing agent amount (1.5–3.5 wt.%). For lignin nanoparticle-reinforced phenolic foams, the variables were lignin nanoparticle weight fraction (1.5–8.5 wt.%) and blowing agent amount (1.5–3.5 wt.%). The responses measured for both foams were density, compressive modulus, and compressive strength. In addition, the morphology of the foams was observed using scanning electron microscopy (SEM) to determine cell size distributions. The results showed that the variables studied exhibited a strong influence on the responses and the cell size distribution of the foams. Statistical models allowed for prediction of the properties of the foams and for comparison of the properties of unreinforced and lignin nanoparticle-reinforced phenolic foams. The incorporation of lignin nanoparticles in phenolic foams results in a compressive modulus and compressive strength that has up to 128% and 174%, respectively, of the values for unreinforced foams. The amount of blowing agent saved to produce a reinforced foam was up to 31% of the amount necessary to produce an unreinforced foam of the same density.     

短玻纤增强尼龙10T复合材料的热氧老化性能

通过熔融共混法制备短玻纤增强尼龙10T(SGF/PA10T)复合材料,采用DSC、DMA、红外光谱、力学测试等表征方法对240℃下SGF/PA10T的热氧老化性能进行研究。结果表明:热氧老化使SGF/PA10T的初始结晶温度有所增加,玻纤与PA10T基体之间的界面作用减弱,阻尼性能下降;随着热氧老化时间的延长,复合材料的玻璃化转变温度先增加后减小,通过Arrhenius方程对SGF/PA10T发生玻璃化转变时的活化能进行计算,结果进一步证明热氧老化影响分子链的活动能力,并且PA10T分子链在老化初期发生微交联;同时热氧老化显著降低SGF/PA10T的力学性能,当老化天数为50d时,拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度保持率分别为18.4%,9.8%和37.7%。     

空心玻璃微球含量对环氧复合泡沫塑料性能的影响

以空心玻璃微球（HGM）填充环氧树脂制备了密度为0.56~0.91 g/cm3的HGM/环氧复合泡沫塑料。研究了HGM含量对复合泡沫塑料黏度、力学性能、动态力学性能及隔热性能的影响。结果表明:表面偶联处理后增加了HGM的表面亲油性,改善了其与基体树脂间的相容性和界面性能,有利于HGM/环氧复合泡沫塑料性能的提高;体系黏度与HGM含量呈正相关,与温度呈负相关;随着HGM含量的增加,HGM/环氧复合泡沫塑料的压缩强度、弯曲强度和拉伸强度均有一定程度的降低,但是比强度变化不大,材料得到很大程度的轻质化;HGM的引入使得HGM/环氧复合泡沫塑料玻璃化转变温度向低温方向偏移,储能模量呈现先减小后增加的趋势,导热系数由纯环氧树脂的0.203 W/（m·K）减小到HGM含量为40wt%时的0.126 W/（m·K）。HGM/环氧复合泡沫塑料阻尼性能和隔热性能均有所提高。