原位聚合制备玻璃纤维/PCBT复合材料及其性能研究

采用环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)原位聚合制备了玻璃纤维(GF)增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。研究了聚合温度及催化剂用量对PCBT粘均分子量、结晶度以及GF/PCBT复合材料力学性能的影响。结果表明,随着聚合温度的升高,PCBT的粘均分子量及结晶度逐渐增大并趋于稳定,GF/PCBT复合材料力学性能也不断增大;当聚合温度为210℃时,PCBT的粘均分子量为7.16×104 g/mol,结晶度为43.9%,GF/PCBT复合材料的拉伸和弯曲强度分别为(271.44±3.40)和(257.70±3.73)MPa。随着催化剂用量的增大,PCBT的粘均分子量和结晶度逐渐增大并趋于稳定,复合材料力学性能不断增强;当催化剂用量为0.4%(质量分数)时,PCBT的粘均分子量为7.13×104 g/mol,结晶度为44.4%,GF/PCBT复合材料的拉伸和弯曲强度分别为(265.10±3.31)和(260.30±2.03)MPa。     

原位聚合法制备连续玻璃纤维增强PCBT复合材料及其性能

采用环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)原位聚合制备了连续玻璃纤维(GF)增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。考察了聚合反应中催化剂用量对PCBT结晶度以及GF/PCBT复合材料力学性能的影响。当催化剂用量为0.5%(质量分数)时, PCBT的结晶度为53%, GF/PCBT的力学性能达到最佳, 拉伸强度为522 MPa, 拉伸模量为27 GPa, 弯曲强度为481 MPa, 弯曲模量为24.8 GPa, 层间剪切强度(ILSS)为43 MPa。SEM观察表明, 发现催化剂用量为0.5%时, 树脂与纤维的结合性较好。进一步研究了淬火和退火后处理对复合材料力学性能的影响。发现复合材料退火处理后具有较好的力学性能, 其中拉伸强度为545 MPa, 弯曲强度为495 MPa。     

GF/PCBT复合材料熔融连接接头失效分析的实验研究与数值模拟

为了解决高黏度热塑性树脂难以制备高强度、大尺寸纤维增强热塑性复合材料构件的问题,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺与热压工艺相结合的方法,以环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)在催化剂作用下聚合成的聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)为基体,制备了纤维体积分数达70%的连续玻璃纤维(GF)/PCBT复合材料层合板及熔融连接件,并测得其力学参数。采用数值模拟方法对连接界面层数分别为1、2、3层的A、B、C型3种不同方案的GF/PCBT复合材料熔融连接接头的承载能力和失效模式进行了预测。结果表明:不同的结构设计方案对GF/PCBT复合材料接头性能的影响较大,当连接长度在一定范围内时,接头区域主要发生界面分层失效,接头处复合材料的翘曲为界面裂纹加速扩展的主要因素,C型连接方式的接头结构承载能力相比于A型连接方式有明显提高;增加C型接头连接长度,试件承载能力提高,直至接头处界面分层失效和纤维、基体失效同时发生;继续增加连接长度,纤维与基体失效将成为接头区域的主要失效模式,此时承载能力无明显提升。     

玻璃纤维-碳纤维混杂增强PCBT复合材料层合板的制备及低速冲击性能

采用环状对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)预浸料,利用真空袋辅助热压工艺制备了玻璃纤维机织布-碳纤维机织布/聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(GF-CF/PCBT)混杂复合材料层合板。利用双悬臂梁(DCB)和三点端部开口弯曲(3ENF)试验对连续纤维增强PCBT复合材料层合板的层间强度做出评估。同时,利用低速冲击试验结合Abaqus/Explicit有限元仿真重点考察了混杂纤维增强PCBT复合材料层合板的低速冲击性能。试验结果表明:尽管CF/PCBT复合材料层合板具有优异的层间性能,当冲击能量为114.3J时,由于CF自身的脆性,CF/PCBT复合材料层合板被完全穿透,而GF-CF/PCBT混杂复合材料层合板只在表面形成凹痕。与纯CF增强PCBT复合材料层合板相比,铺层形式为[CF/GF/CF]25的GF-CF/PCBT混杂复合材料层合板的抗冲击损伤能力提高2倍。仿真得到的云图显示,冲击引起的应力在CF中的分布区域要明显大于在GF中的分布区域。     

SMA丝表面纳米SiO_2改性对SMA/环氧树脂复合材料界面粘结强度的影响

为了研究形状记忆合金(SMA)丝增强环氧树脂复合材料的界面粘结行为,首先通过单纤维拔出试验测定了SMA/环氧树脂界面的粘结强度,重点考察了埋入深度对界面极限粘结强度及其拔出行为的影响。然后,结合ABAQUS有限元分析方法,利用基于表面内聚力行为的单元对SMA丝拔出过程中应力分布随拔出时间的变化关系进行了模拟。最后,针对SMA/环氧树脂复合材料界面粘结强度较弱的缺陷,提出了利用纳米SiO2改性SMA丝表面提升材料界面粘结强度的方法,并通过拔出试验进行了验证。结果表明:随着埋入深度从1.0cm增加到1.5cm和2.0cm,最大拔出载荷显著增加,平均界面粘结强度却逐渐下降。当纤维埋入深度为2.0cm时,在0.300s时临界脱粘出现。利用在SMA表面涂覆纳米SiO2颗粒的方法可以增加纤维的表面粗糙度,进而有效提高SMA丝增强环氧树脂复合材料的临界拔出强度。研究结论为SMA丝在实际工程领域中的应用提供了理论指导。     

PET/SiO2纳米复合材料的研究进展

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种应用广泛的工程塑料,为进一步提升材料性能以拓宽其工程应用领域,采用无机纳米二氧化硅(SiO_2)粒子填充改性已成为最为有效的途径之一。针对PET/SiO_2纳米复合材料,主要从纳米SiO_2表面改性、复合材料制备以及复合材料性能三方面综述其研究进展。在此基础上,对PET/SiO_2纳米复合材料的研究方向进行了展望。     

退火处理对PET/粘土纳米复合材料结晶行为的影响

利用差示扫描量热法测试了PET、PET/粘土纳米复合材料、增粘PET/粘土纳米复合材料在退火的热历史条件下的一些结晶行为,对其冷结晶峰、熔融温度分别进行对比,结果表明:PET/粘土纳米复合材料的冷结晶温度高低顺序为:PET/粘土纳米复合材料<增粘PET/粘土纳米复合材料相似文献   

PP对PBT/POE-g-MAH共混体系相形态和力学性能的影响

将聚丙烯(PP)与官能化聚烯烃弹性体(POE-g-M AH)共混,制备出4种新型增韧改性剂,研究了PP的含量和种类对PBT/POE-g-M AH共混体系相形态和力学性能的影响。SEM观察发现,新型增韧改性剂作为分散相具有以POE-g-M AH为软壳、PP为硬核的包藏结构。随着高熔体流动指数PP(EPF 30R)含量的增加,软壳层厚度逐渐减小,包藏结构分散相的相畴尺寸略有减小,分布更加均匀。但添加低熔体流动指数PP(EPS30R)后,包藏结构分散相的相畴尺寸变大,分布不均匀。力学性能测试表明,适量高熔体流动指数PP与POE-g-M AH并用具有显著的协同增韧作用。与PBT/POE-g-M AH体系相比,在相同的增韧剂总用量时,共混物在保持超高韧性的同时,拉伸强度损失最小。     

γ辐射对麦秸粉/PBSPBAT复合材料性能的影响

为了提高聚丁二酸丁二醇酯（PBS）基复合材料的性能,降低生产成本,采用熔融共混法制备了麦秸粉/PBS-聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇共聚酯（PBAT）复合材料,利用⁶⁰Co-γ射线对该复合材料进行了辐射改性。研究了辐射改性对麦秸粉/PBS-PBAT复合材料力学性能、热稳定性和热变形温度的影响,并采用FTIR和SEM表征了复合材料的结构和断面形貌。结果表明：当三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）的含量为1wt%时,复合材料经30 kGy剂量辐射后,其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了20%、23.5%和6.5%;辐射改性提高了复合材料的高温分解速率,使其热变形温度上升了约11℃,并增强了复合材料组分间的粘结性。     

NBR-g-(GMA-co-St)的制备及其对PBT/PP复合材料的性能影响

以丁腈橡胶接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯-苯乙烯共聚物[NBR-g-(GMA-co-St)]为相容剂,制备了聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚丙烯(PBT/PP)复合材料。通过傅利叶红外光谱仪(FT-IR)对丁腈橡胶接枝物进行结构分析,通过力学、动态力学分析(DMA)、差示扫描量热仪(DSC)、热失重(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等分析手段对复合材料进行表征。结果表明：接枝过程中加入与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)同质量比的苯乙烯能有效地提高相对接枝度,降低交联度;NBR-g-(GMA-co-St)具有增韧作用,添加NBR-g-(GMA-co-St)使PBT/PP复合材料的冲击强度上升,拉伸强度下降;NBR-g-(GMA-co-St)的加入使分散相粒子尺寸变小,改善了复合材料的相容性;相容剂的加入降低了复合材料的熔融温度和结晶温度。     

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。     

激光改性纤维对其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

利用激光对玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维进行表面改性后,以环氧树脂为基体,分别制备三种纤维增强环氧树脂复合材料。利用SEM和万能试验机对表面改性前后的碳纤维形态、力学性能及三种纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和断面形貌进行表征,研究了纤维激光表面改性对三种纤维及其增强环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明:激光表面改性对碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升最高,其拉伸强度最大提高了77.06%,冲击强度最大提高了31.25%,玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的力学性能提升次之,而玻璃纤维/环氧树脂复合材料的力学性能有所下降。因此,激光进行表面改性适用于碳纤维和玄武岩纤维。     

热氧老化对长玻纤增强尼龙10T复合材料静动态力学性能的影响

通过熔融共混法制备出长玻纤增强尼龙10T（LGF/PA10T）复合材料,并且采用DSC、DMA、SEM和力学性能测试等方法研究了不同热氧老化时间对LGF/PA10T复合材料静、动态力学性能的影响,并对LGF/PA10T复合材料发生玻璃化转变时所需活化能进行了计算。结果表明:虽然在老化初期PA10T分子链之间会发生微交联,材料的刚性略有增加,但在整个老化过程中,分子链断裂、分子量下降起主导作用,在240℃下老化50 d后,LGF/PA10T复合材料的拉伸强度保持率、弯曲强度保持率、缺口冲击强度保持率分别为4.9%、6.3%、9.4%。随着老化时间的增长,玻纤与PA10T基体之间的界面粘接作用减弱,玻璃化转变温度和阻尼性能下降。活化能计算结果表明热氧老化能够改变PA10T分子链的活动能力,降低了LGF/PA10T复合材料的热稳定性。      

稀土改性磨碎玻璃纤维对磨碎玻璃纤维/聚四氟乙烯复合材料性能的影响

采用三种表面改性剂,即硅烷偶联剂（PTMS）、含PTMS的稀土改性剂（PTMS-RES）和稀土改性剂（RES）,对磨碎玻璃纤维表面处理,探讨了不同表面处理剂对磨碎玻璃纤维/聚四氟乙烯（MGF/PTFE）复合材料介电性能、热膨胀系数和热导率的影响。测试了RES、未改性的磨碎玻璃纤维和PTMS-RES改性的MGF的FTIR谱图,并采用SEM对MGF/PTFE复合材料的断口形貌进行分析。结果表明：与未经表面改性的MGF/PTFE复合材料相比,经表面改性的MGF/PTFE复合材料的介电性能、热膨胀系数、热导率都得到改善。由于RES特殊的电子层结构以及对阴离子有强吸引作用,RES改性效果比PTMS更好。由于RES与PTMS共同的作用,PTMS-RES比RES能更好地改善MGF与PTFE的界面,促进MGF与PTFE的界面粘结。     

蔗渣纤维表面处理方法对蔗渣纤维/聚乳酸复合材料力学性能的影响

采用了硅烷偶联剂结合碱溶液处理的方法对蔗渣纤维(BF)进行了表面改性, 研究了不同表面处理方法对蔗渣纤维/聚乳酸(PLA)复合材料力学性能的影响, 用SEM对BF处理前后的形貌及复合材料的冲击断面进行了观察。结果表明: 经表面改性的BF都不同程度地改善了BF与PLA基体之间的界面相容性, 其中碱处理后再经偶联剂处理的方法效果最佳, 在40%(质量分数)蔗渣纤维的高填充量下, 复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为纯PLA的85.42%和59.74%, 较好地保持了基体PLA的力学强度; 碱处理使BF表面变粗糙、 长径比增大、 比表面积增加, 与PLA的界面粘结加强, 从而有效地提高了BF/PLA复合材料的力学性能。     

热处理对玻璃纤维布/聚苯硫醚非织造布复合板材力学性能的影响

以玻璃纤维布和聚苯硫醚（PPS）非织造布分别作为增强体和树脂基体原料,采用热压成型法制备出玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材,然后在烘箱中进行热处理。利用万能试验机（Instron）、XRD、偏光显微镜（PLM）和SEM等手段对玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材的力学性能、结晶度、晶粒类型和尺寸及微观形貌等进行了测试和表征。结果表明：随着热处理温度和时间的提高,玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材的弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度得到明显提高。当热处理温度为220℃、热处理时间为2 h时,其力学性能最佳,其弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度分别达到285.7 MPa、7.8 GPa和85.0 MPa。和未进行热处理的玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材相比,分别提高了63.2%、469.0%和37.8%。微观形貌结果表明,玻璃纤维布/PPS非织造布复合板材界面粘结得到了明显改善。