Kevlar纤维改性尼龙6复合材料的等温结晶动力学及熔融行为

通过改性使Kevlar纤维(KF)成为己内酰胺阴离子开环聚合的活性中心,采用阴离子接枝法在其表面接枝上PA6低聚物,并与基体PA6混合,用挤出和注塑方式制备尼龙6/改性Kevlar纤维(PA6/KF1)复合材料.XPS,ESEM和FTIR分析表明Kevlar纤维表面接枝上了PA6低聚物.DSC测试表明,Kevlar纤维对PA6结晶起异相成核作用,提高了PA6 的结晶速率;由于表面接枝PA6的KF1与基体良好结合,阻碍了PA6分子链的迁移运动,导致其对PA6结晶成核作用不如未改性纤维(KF0);在较低温度下(188～192℃)等温结晶后的PA6呈现Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三重峰的熔融行为;而在较高温度(194℃),纯PA6的熔融行为则呈现熔融双峰;KF的加入同时使PA6的熔融行为发生显著变化.     

炭纤维表面官能团异氰酸酯化及阴离子接枝尼龙6研究--(Ⅳ)接枝对CF/PA6复合材料界面形态的影响

利用偏光显微镜(PLM)研究了炭纤维(CF)表面异氰酸酯化及其阴离子接技尼龙6(PA6)对CF／PA6复合材料界面形态的影响，考察了纤维表面化学性质、结晶温度对CF／PA6复合材料界面形成横晶的影响。结果表明．在低于初始结晶温度至接近熔点范围内，PA6在未接枝与接枝CF表面均可以形成横晶，结晶温度低形成的横晶不致密、不完整，纤维诱发横晶的能力小．结晶温度高形成的横晶完整而致密，纤维诱发横晶的能力大。在相对较低的结晶温度下，接枝CF比未接枝CF具有较高的诱发横晶能力，同时诱发的横晶致密度高且完整性好。     

Kevlar／PF尼龙Ⅱ^#复合体系的界面形态研究

用３种二酰氯和己内酰胺对Ｋｅｖｌａｒ进行了表面化学接枝。考察了纤维表面、结晶温度和基体ＰＦ尼龙Ⅱ＾＃（即石油发酵尼龙Ⅱ＾＃）的γ－辐照等因素对Ｋｅｖｌａｒ／ＰＦ尼龙界面形成横晶的影响。辛二酰氯能够最有效地提高Ｋｅｖｌａｒ诱发ＰＦ尼龙Ⅱ＾＃的结晶能力，其界面结晶形态还与结晶温度和基体的性质密切相关。     

尼龙6/Kevlar纤维复合材料的非等温结晶行为及熔融特性

采用阴离子接枝法对K ev lar纤维(KF)进行表面改性,并用挤出方式分别制备尼龙6/未改性K ev lar纤维(PA 6/KF 0)及尼龙6/改性K ev lar纤维(PA 6/KF 1)复合材料。利用差示扫描量热仪(DSC)研究了KF 0和KF 1对PA 6/KF复合材料非等温结晶行为与熔融特性的影响,并与PA 6进行比较。结果表明,KF 0和KF 1起成核作用,提高了基体PA 6结晶的起始温度Tconset,减小其总结晶时间ttotal,同时提高了PA 6熔融时低温峰的相对强度,其中KF 1的效果更为明显;随着冷却速率β的加快,PA 6/KF 0和PA 6/KF 1复合材料中PA 6组分与纯PA 6一样,其Tocnset移向低温,且PA 6的熔融热谱由单重熔融峰向双重熔融行为转变。     

纤维诱发PF尼龙II^#的界面结晶效应研究

用偏光显微镜研究了３种纤维诱发ＰＦ尼龙Ⅱ＾＃（即石油发酵尼龙Ⅱ＾＃）界面结晶效应。结果表明，Ｋｅｖｌａｒ－４９（ＫＦ）、碳纤维（ＣＦ）和玻璃纤维（ＧＦ）均可诱发ＰＦ尼龙Ⅱ＾＃形成横晶；温度对纤维诱发ＰＦ尼龙界面结晶有一定影响。观察了应力及温度应力诱发ＰＦ尼龙结晶的特征。     

纤维诱发PF尼龙Ⅱ~＃的界面结晶效应研究

用偏光显微镜研究了３种纤维诱发ＰＦ尼龙Ⅱ~＃（即石油发酵尼龙Ⅱ~＃）界面结晶效应。结果表明，Ｋｅｖｌａｒ－４９（ＫＦ）、碳纤维（ＣＦ）和玻璃纤维（ＧＦ）均可诱发ＰＦ尼龙Ⅱ~＃形成横晶；温度对纤维诱发ＰＦ尼龙界面结晶有一定影响。观察了应力及温度应力诱发ＰＦ尼龙结晶的特征。     

尼龙1010盐与碳纤维复合-固态缩聚的研究

本文采用尼龙1010盐专碳纤维预先复合、然后进行原位固态编聚的新方法,比较系流地研究了其反应历程和碳纤维对结晶尼龙1010基体的界面物理效应和化学效应.实验给果表明:尼龙1010盐-碳纤维复合物的固态缩聚转化率和粘度与反应温度和时间及氮气流速有密切关系.碳纤维对尼龙1010盐的原位编聚起着界面结晶成核和加速单位转化的催化作用.碳纤维表面固有的特性使尼龙1010盐固态缩聚有外延结晶的特征.在界面区域纤维表面可诱发尼龙1010形成横晶.在碳纤维表面还可以形成大量接柱的尼龙1010大分子,从而强化碳纤维-树脂的界面粘结.     

尼龙6织布纤维/聚己内酯界面增强复合材料的结构与性能

聚合物与纤维的界面结合作用对提高复合材料的性能具有重要的作用,文中通过偏光显微镜、扫描电子显微镜等手段研究了尼龙6织布纤维诱导聚己内酯(PCL)的界面结晶行为与性能。结果表明,尼龙6织布纤维对聚己内酯有很强的异相成核能力,促使聚己内酯的片晶垂直于尼龙6纤维轴生长并形成横晶结构,横晶的生长速率随着结晶温度的降低而升高。通过Lauritzen-Hoffman理论方程研究了异相成核诱导聚己内酯横晶动态生长过程和生成横晶的成核参数Kg。界面相互作用增强了纤维与聚己内酯复合材料的粘附性,显著提高了复合材料的拉伸性能。     

阴离子原位聚合碳纤维增强尼龙6界面的研究

碳纤维表面可接枝上高聚物活性官能团,以调节复合材料中纤维与树脂之间的界面效应,从而改善复合材料的性能,通过控制接枝高聚物的结构可以很好的设计具有预定性能的界面层。热处理对纤维的强度不会造成影响,其表面官能团含量在1h附近达到最大值。未经异氰酸酯接枝处理的碳纤维表面没有聚合接枝尼龙大分子,热处理后再经过异氰酸酯处理,能明显看到尼龙分子接枝到纤维表面。当聚合单体中不添加活化剂,纤维表面的树脂接枝率可达到18.8%;单体中添加0.003的活化剂(占单体摩尔比),碳纤维表面的尼龙6接枝率只有7.65%,这是单体基体与纤维界面反应竞争的结果。碳纤维表面对原位聚合生成的尼龙以及改性尼龙结晶有很大影响,碳纤维未接枝处理时表面形成的横晶比较少;碳纤维接枝处理后可以看见纤维附近存在大量晶体结构,结晶体密度高,有利于材料性能改良。     

UHMWPE纤维增强LDPE复合材料的界面形态研究

为实现聚乙烯单聚合物复合材料(PE SPC)的嵌件注射成型,研究基体与增强体间的界面非常关键.本文采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强低密度聚乙烯(LDPE)基体,对纤维和基体进行了差示扫描量热仪测试,在偏光显微镜下模拟了基体与纤维的复合过程,研究不同因素对复合材料界面结晶形态的影响.根据DSC确定了UHMWPE和LDPE复合的温度范围在110.98~147.14℃;合适的温度和剪切作用都有利于界面横晶的产生,从而使基体和纤维产生更好的粘结,提高复合材料的力学性能;温度比剪切的影响更大,注射温度设置在125~135℃可在保证纤维与基体复合的情况下不破坏纤维的增强作用;纤维丝之间会相互影响界面结晶形态,部分界面有横晶产生,说明在实际注射成型过程中纤维束或纤维布的结构对基体渗透和界面形成有较大影响.     

Kevlar纤维表面改性对PA6/Kevlar纤维复合材料等温结晶行为的影响

用差示扫描量热仪(DSC)研究了KF表面阴离子接枝尼龙6对PA 6/KF复合材料等温结晶行为的影响。结果表明,PA 6的等温结晶过程主要为成核作用控制;未接枝的KF对PA 6结晶起异相成核作用,提高了PA 6的结晶速率;表面阴离子接枝尼龙6的KF对PA 6结晶仍起异相成核作用,但由于复合材料的界面相互作用提高,同时又会阻碍PA 6分子链的迁移运动,导致表面阴离子接枝PA 6的PA 6/KF复合材料中PA 6组分的结晶速率虽比纯PA 6大,但比未接枝PA 6的PA 6/KF复合材料小,且结晶度也有所下降。     

Effects of moisture and UV exposure on liquid molded carbon fabric reinforced nylon 6 composite laminates

Liquid molding of thermoplastics has been limited by high resin viscosity, high temperature processing requirements, and a short processing window [Sibal PW, Camargo RE, Macosko CW. Designing nylon 6 polymerization for RIM. In: Proceedings of the second international conference on reactive processing of polymers, Pittsburgh, PA; 1982, p. 97–125.]. The processing parameters for vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) developed by the authors and previously reported [Pillay S, Vaidya UK, Janowski GM. Liquid molding of carbon fabric-reinforced nylon matrix composite laminates. J Thermoplast Compos Mater 2005;18:509–27] have been adapted to process carbon/nylon 6 composite panels. The present work addresses the effects of moisture and ultraviolet (UV) exposure on the static and dynamic mechanical properties of carbon fabric reinforced, thermoplastic polyamide 6 matrix panels processed using VARTM. The Bao and Yee dual diffusivity model [Bao LR, Yee AF. Moisture diffusion and hygrothermal aging in bismaleimide matrix carbon fiber composites: Part II – Woven and hybrid composites. Compos Sci Technol 2002;62:2111–9] was applied to evaluate the moisture uptake for the C/PA6, fully immersed in distilled water at 100 °C. SEM results show that moisture exposure result in surface micro-cracks compromise of the fiber–matrix interface. The flexural strength is lowered by 45%, after exposure to moisture at 100 °C. UV exposure up to 600 h causes yellowing of the samples and an increase in crystallinity from 40% to 44%.     

Non-isothermal crystallization of polyamide 6 matrix in all-polyamide composites: crystallization kinetic, melting behavior, and crystal morphology

The difference in the melting points of polyamide 66 (PA66) fiber and polyamide 6 (PA6) film permits the preparation of all-polyamide (all-PA) composites by film-packing. Good interface performance and integrated consolidation structure in this all-PA composite are contributed to the similar chemical composition between PA66 fiber and PA6 matrix. In this paper, the non-isothermal crystallization kinetics and melting behaviors of PA6 matrix in all-PA composite are studied by differential scanning calorimetry (DSC), in which the modified Avrami equation, Ozawa model, and Mo equation combining Avrami and Ozawa equation are employed. It is found that the Mo equation exhibits great advantages in treating the non-isothermal crystallization kinetics for both neat PA6 and PA6 matrix in all-PA composite. The crystal morphologies of single PA66 fiber–PA6 composite by polarizing microscope (POM) clearly show a transcrystallinity layer of PA6 around PA66 fiber that proves a remarkable nucleation effect of PA66 fiber surface on the crystallization of PA6 matrix.     

Manufacturing and physical properties of all-polyamide composites

Based on the difference in melting points between polyamide 66 (PA66) fiber and polyamide 6 (PA6) matrix, all-polyamide composites were fabricated under various processing conditions. In these all-polyamide composites, the reinforcement and matrix share the same molecular structure unit (–CONH–(CH₂)₅–). Because of the chemical similarity of the two components, good bonding at the fiber/matrix interface could be expected. Effects of processing temperature and cooling rate on the structure and physical properties of composites were investigated by SEM, DMA, DSC analyses, and static tensile test. Fiber/matrix interface strength benefited from elevated processing temperature. The static tensile results showed that the maximum of tensile strength was observed in the processing temperature range of 225–245 °C. At different cooling rates, crystallization temperature of PA6 in the composites was increased compared to the pure PA6 because of the nucleation effect of PA66 fiber surface to the PA6 matrix. A study of the matrix microstructure in a single fiber-polymer composite gave proof of the transcrystalline growth at the fiber–matrix interface, the reason behind which was the similar chemical compositions and lattice structures between PA6 and PA66.     

尼龙66及其复合材料的热分解动力学

使用热重分析仪测定尼龙66(PA66)和两种不同玻纤增强尼龙66复合材料(GF/PA)的热分解曲线,用Kissinger法和Crane法研究了PA66和GF/PA的热分解动力学。结果表明:PA66、GF/PA-1和GF/PA-2的热分解反应级数分别为0.949、0.912和0.921,表明均为一阶热分解过程;热分解活化能分别为218.65 kJ/mol、121.81 kJ/mol和132.23 kJ/mol,表明玻纤的加入显著降低了PA66的热分解活化能。在加热速率相同的条件下两种GF/PA达到最大热分解速率的温度都比PA66的低,表明玻纤虽然改善了PA66的性能,但是加快了PA66的热分解过程,说明存在着“灯芯效应”。     

氧化石墨烯/苯甲酸钠复合成核剂协同改性PA6纳米复合材料的性能

先用水热法合成氧化石墨烯(GO)/苯甲酸钠(Sb)复合成核剂(GO-Sb),然后用熔融共混法制备尼龙6(PA6)/GO-Sb纳米复合材料,研究了分别添加GO和Sb、同时添加GO-Sb对PA6纳米复合材料的形态、力学和热性能的影响。结果表明：GO与Sb之间存在静电相互作用和π-π共轭,Sb的加入能促进PA6中γ晶的形成。GOSb作为异相成核剂均匀分散在PA6中,使PA6纳米复合材料的结晶温度、结晶度和热变形温度提高。PA6-GOSb(100/0.05/0.25)纳米复合材料的拉伸强度和冲击强度分别比纯PA6提高了69.9%和157.1%。PA6-GO-Sb(100/0.05/0.25)纳米复合材料的拉伸强度、冲击强度和弹性模量分别比PA6-GO-Sb(100/0.3/0)纳米复合材料提高了13.6%、186.4%和52.6%。与纯PA6(k=0.238 W/m·k)相比,PA6-GO-Sb(100/0.3/0)纳米复合材料(k=0.536 W/m·k)的热导率提高了125.2%,PA6-GO-Sb(100/0.05/0.25)纳米复合材料(k=0.854 W/m·k)的热导率提高了258...     

碳纤维-尼龙6混编织物复合材料的制备及性能

为了探究合适的碳纤维表面处理方法,改善碳纤维-尼龙6织物复合材料界面结合效果,提高复合材料的力学性能,通过混编的方式制备碳纤维-尼龙6预制件,将预制件浸泡在不同浓度的醇溶尼龙无水乙醇溶液中,最后将预制件通过热压成型,制备碳纤维织物-尼龙6复合材料。采用万能拉伸试验机、SEM、TGA、DSC、XRD分析碳纤维-尼龙6复合材料的力学性能、微观形貌、耐热性能、结晶度及晶型变化。结果表明:将预制件在浓度为1wt%的尼龙溶液处理后,并采用1℃/min的降温速率制备的碳纤维-尼龙6织物复合材料力学性能最佳,抗拉强度、弹性模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别为449.32 MPa、5.32 GPa、657.67 MPa、44.08 GPa、138.42 kJ/m2。纤维拔出后,单根碳纤维表面附着部分尼龙基体,碳纤维与尼龙基体形成了良好的界面层。碳纤维-尼龙6织物复合材料的起始分解温度较尼龙6纤维提高了13℃,耐热性有所增强,尼龙6树脂主要以α晶型存在,结晶较为完善。      

磷酸处理芳纶纤维的缠绕环氧树脂基体

在用磷酸(PA)溶液处理芳纶纤维的基础上, 系统研究了适用于制备高性能芳纶纤维增强复合材料的缠绕环氧树脂基体, 测试了复合材料的力学性能和热机械性能, 讨论了树脂基体对芳纶纤维增强复合材料界面性能的影响。结果表明: 经过磷酸溶液处理的芳纶纤维表面存在一定量的极性官能团, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性; 经过优化的树脂体系其芳纶纤维增强复合材料的NOL环(Naval Ordnance Laboratory Ring)纤维强度转化率达到95％, 层间剪切强度(ILSS)达到79MPa, 界面剪切强度(IFSS)达到76MPa, 具有较好的界面性能。