高性能纤维扭转疲劳断裂研究

在自制的扭转疲劳装置上,进行对位芳纶和超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维扭转疲劳实验,分析扭转机理及其扭转疲劳断口形貌特征。结果显示,相同条件下,UHMWPE纤维的耐扭转疲劳性能优于对位芳纶。对位芳纶扭转疲劳断口呈现原纤分裂,UHMWPE纤维皮层呈蠕变特征,芯层有脆性断裂特征。     

高性能纤维的弯曲疲劳断裂研究

在自制弯曲疲劳装置上 ,对 3种高强对位芳纶及超高相对分子质量聚乙烯纤维 (Dyneema SK65 )进行双面弯曲疲劳试验。结果表明 ,Twaron 2 0 0 0弯曲疲劳寿命的自然对数与预加应力、弯曲角度呈线性关系 ,Dyneema SK65弯曲疲劳寿命明显长于对位芳纶 ,Twaron 2 0 0 0 ,Kevlar 12 9相近 ,都比Kevlar 2 9略长 ;高强型对位芳纶的弯曲疲劳断裂断口芯层呈现出“毛笔头”或“拔丝形”原纤化分裂形态 ,超高相对分子质量聚乙烯纤维弯曲疲劳断裂断口有明显的脆性折断形态 ,无原纤出现。     

高性能纤维模量表征中的几个问题

采用万能材料试验机对超高相对分子质量聚乙烯纤维（SK75型）和芳纶（Twaron2000型）两种样品的单丝、复丝模量进行了表征。研究发现,单丝的模量测定时,启动时拉伸夹具的惯性是初始模量误差的主要来源。样品处于松弛状态,使预张力为零,可以准确地测量样品初始模量;选取加载预张力的方法,应变取值范围设定为0．5％～1．5％时可以克服启动力的影响,得到合理的结果。在复丝测定时启动力可以忽略。测试时需要加捻的复丝样品,不合理的应变取值范围是误差主要来源,应变取值范围设定为0．1％～1．0％时可以得到合理的结果。     

高性能纤维复合材料在航空阻尼材料方面的应用

综述对金属和非金属阻尼材料用于飞机消音减振材料进行了比较,给出了阻尼减振用纤维材料的选择依据。分析了国外在减振阻尼用零件材料方面选用芳纶而不选用碳纤维的原因,提出了纤维增强复合材料中阻尼提高的改性途径。并将杂环芳纶中的F-12纤维和Armos纤维与对位芳纶Kevlar纤维进行了综合性能对比,可为用户选择应用阻尼用纤维材料提供参考。     

高性能纤维染色改性的研究进展

简述了超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维、芳纶以及聚苯硫醚(PPS)纤维的结构、基本性能;综述了近几年来国内外对这3种高性能纤维染色改性的研究进展;可通过等离子体处理、接枝处理、预处理、染料和载体的选择、染色工艺的改进等来提高高性能纤维可染性能;指出提高高性能纤维的上染牢度及改性处理后染色纤维的强度仍是以后需要解决的问题,以进一步拓宽高性能纤维的应用领域。     

3大高性能纤维及其应用新动向与对策建议

碳纤维(CF)、对位芳酰胺纤维(P-AF)和超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维已步入激烈竞争期,生产厂家加大技术创新力度,以达到生产高效化、性能极限化和节能降耗,不断开发新品种,提高在全球的竞争优势。在复合材料成型技术方面,不断提高纤维与树脂界面的粘合性,以发挥极限强度、模量和提高韧性,并朝快速成型和低成本的方向发展,以扩大应用领域。与此同时,国外厂家看好中国未来3大高性能纤维的大市场,DSM率先兼并中国UHMWPE纤维大企业,Zoltek已与中国用户签订合作开发碳纤维协议,帝人可望在2016年前后在华兴建AF生产厂。在这种形势下,提出了我国发展3大高性能纤维的对策建议。     

水性聚氨酯的合成及应用

本文对水性聚氨酯的合成单体、化学原理及工艺进行了介绍。     

复合材料用高性能纤维及热塑性树脂发展现状

介绍了芳纶、碳纤维和超高相对分子质量聚乙烯等3种纤维的基本性能、国内外生产及应用情况,还介绍了聚酰胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚及聚酰亚胺等4种热塑性树脂的性能及在研发和生产方面与国外的差距,由此提出了加强研究机构与企业充分合作、国产材料应用及原材料质量控制的建议,并对今后热塑性复合材料的发展进行了展望。     

水性聚氨酯的无溶剂合成

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚二元醇、二羟甲基丁酸(DMBA)或二羟甲基丙酸(DMPA)为基本原料,采用无溶剂法合成水性聚氨酯分散液(WPU),并提出临界分子量(Mn c)的概念,指导并实现水性聚氨酯的无溶剂合成。结果表明:引入适量的亲水单体并控制预聚体分子量低于临界分子量,可制得粘度较低、易于分散的预聚体,从而实现水性聚氨酯的无溶剂合成。临界分子量在1 800~2 400 g/mol变化,与亲水单体用量、软段结构和是否含有少量溶剂有关;随亲水单体用量增大或加入少量溶剂,临界分子量有所增大。合适的亲水单体用量约为4.0%;当亲水单体用量过低时,亲水性不足,分散液稳定性差;当亲水单体用量过高时,PU膜吸水率偏高。与少溶剂法相比,采用无溶剂法有利于降低PU膜的吸水率、提高其拉伸强度和100%模量。     

新型磺酸盐水性聚氨酯乳液的合成及其性能研究

以聚己二酸乙二醇酯二元醇、甲苯二异氰酸酯、乙二胺基己磺酸钠(N60)等为主要原料,制备了一系列不同N60用量的磺酸盐型水性聚氨酯(WPU)乳液。研究了N60用量对WPU乳液及其胶膜性能的影响,并通过FT-IR、TEM、TGA等方法进行表征。结果表明,磺酸盐型WPU乳液的贮存、冻融、高温稳定性均较好。随N60用量的增加,磺酸盐型WPU乳液粒径先减小后增大,粒径分布变窄,胶膜的拉伸强度、吸水率呈上升趋势、断裂伸长率下降。TEM图显示微粒分散性好,呈球形;相对于羧酸型WPU,磺酸盐型WPU胶膜的拉伸强度提高,热稳定性更好。     

高稳定性聚酯型阴离子水性聚氨酯乳液的合成工艺研究

采用甲苯二异氰酸酯与聚酯二醇、亲水扩链剂和其它多元醇反应合成了聚酯型阴离子性聚氨酯乳液。讨论了扩链剂的种类、加料方式、添加量及中和剂种类和中和度等因素对水性聚氨酯乳液及其涂膜性能的影响。研究发现：采用二羟甲基丙酸为亲水扩链剂,用溶液加料的方式,用氢氧化钾作中和剂且中和度为90％～100％时合成的聚酯型阴离子水性聚氨酯乳液具有良好的贮存稳定性,且涂膜的耐水性和机械性能良好。     

高固含量水性聚氨酯的制备及其在超细纤维合成革上的应用

以聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)为原料,依据球状物体堆积密度数学模型,用不同粒径的预聚体共混乳化法制得固含量为51.43%、粒径呈多元分布的高固含量水性聚氨酯(HSC-WPU)乳液,并将其应用于超细纤维合成革面层涂饰,采用红外光谱仪、拉力试验机、耐磨试验仪等分别对乳液、胶膜及涂层进行分析表征,结果表明:高固含量有利于提高涂层力学性能、耐磨性、耐水性等。     

水性聚氨酯乳液的合成研究

以自制聚酯多元醇和过量的2,4-甲苯二异氰酸酯为原料进行预聚反应,合成含异氰酸酯端基的预聚体,再以二羟甲基丙酸为亲水剂,引入二元醇进行扩链反应,制备了水性聚氨酯。研究了残留-NCO含量及n-Nco／n—OH比值对乳液合成及性能的影响。研究认为：控制n-NCO／n—OH比值在2．0—2．5之间,残留一NCO含量在3．0％-3．5％之间时,制备的乳液性能最佳。     

端乙烯基水性聚氨酯乳液的合成研究

以甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚丙二醇(N-210)为主要原料,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂,l,4-丁二醇(BDO)为小分子扩链剂,甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为封端剂,三乙胺(TEA)为中和剂合成了端乙烯基水性聚氨酯乳液.讨论了DMPA用量、中和度和R值对乳液的影响,得出了制备端乙烯基水性聚氨酯乳液的最佳配方.     

纳米二氧化钛／水性聚氨酯复合材料的研究

采用溶液共混法制备了纳米二氧化钛／水性聚氨酯复合材料,研究了纳米二氧化钛对复合材料的力学性能和热稳定性的影响,并对影响机理做出了解释。测试了复合材料的抗菌性能,结果表明复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌作用随着二氧化钛的含量的增加而增强。     

多壁碳纳米管的表面改性及其在水性聚氨酯体系中的应用

采用自制的硅烷类改性剂(s-PEG)对经过酸氧化的多壁碳纳米管(MWNTs)进行表面改性处理,并通过共混法制备了MWNTs/水性聚氨酯(WPU)复合材料,研究了MWNTs的添加对复合材料性能的影响.结果表明,改性剂s-PEG成功地包覆于MWNTs表面,形成了s-PEG壳层,包覆率约为25％.改性MWNTs (s-PEG-MWNTs)的添加可以明显改善WPU复合材料的拉伸性能,当s-PEG-MWNTs的添加量为1％时,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率比未添加MWNTs的材料分别提高了597％和152％.s-PEG-MWNTs在WPU基体中达到了良好的分散效果.此外,s-PEG-MWNTs的添加显著地增强了复合材料的导电性能.     

水性聚氨酯的合成、改性及应用研究

简述了水性聚氨酯的合成,以及水性聚氨酯涂料在丙烯酸酯改性、环氧树脂改性、有机硅改性、有机氟改性等不同改性方法中的研究进展,还概述了其在涂料、胶黏剂、皮革涂饰剂等领域的应用。     

高硬度磺酸型水性聚氨酯涂料的合成及性能研究

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和环氧树脂(E-44)复合改性磺酸型水性聚氨酯,制得硬度高、耐热性和耐化学品性能优异的水性聚氨酯涂料。通过衰减全反射红外分析了聚氨酯的结构,用DSC、TG等对涂膜进行了表征。考察了KH-550及E-44含量对涂膜硬度、耐化学品性及耐热性的影响,结果表明:KH-550和E-44的加入均明显改善了涂膜的硬度和耐化学品性,当KH-550含量为6%~8%,E-44含量8%~10%时,涂膜的综合性能最优。     

聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的合成研究

采用聚酯二醇(JW2503),甲苯二异氰酸酯(TDI),N-甲基二乙醇胺(MDEA)为基本原料,用丙酮法合成了聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液。讨论了NCO／OH比值、MDEA的加入方式及其用量、反应温度等因素对乳液性能的影响。实验结果表明,当NCO／0H比值为2．7,MDEA的用量占树脂的6％～7％,且采用饥饿加料的方式滴加MDEA,初聚体合成温度为60～65℃,引入亲水扩链基团的扩链反应温度为40℃,中和度为90％～100％时合成的聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液具有较好的贮存稳定性,且涂膜的耐水性和机械性能良好。