剪切增稠胶/超高分子量聚乙烯复合材料低速冲击性能研究

剪切增稠胶(STG)是一种新型功能材料,通过流变测试研究了STG的稳态流变性能及其剪切增稠的作用方式。将STG与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)织物复合制备了STG/UHMWPE复合材料,利用扫描电子显微镜对复合前后材料的形貌进行分析,并研究了复合材料的低速冲击性能。结果表明:加入STG后,STG/UHMWPE复合材料的剩余冲击载荷可减少50%;在不同冲击速度条件下,复合材料能量吸收系数均超过80%。STG具有优异的力学性能,通过与UHMWPE织物复合可显著提高复合材料的抗冲击性能。     

SiO2粉体粒径对STF/Kevlar复合材料防刺性能的影响

采用自制的不同粒径的SiO₂粉体, 利用球磨分散技术配制具有剪切增稠特性的SiO₂/PEG200悬浮液流体(STF), 并利用静态浸渍方法制备STF/Kevlar复合材料, 研究了粉体粒径对流体体系流变性能和复合材料防刺性能的影响。结果表明, 不同粒径SiO₂粉体配制的悬浮液均具有明显的剪切增稠性能, 当SiO₂粉体质量分数相同时, 流体体系的起始黏度、 临界剪切速率、 最大黏度均随着粒径的增大而减小。16层STF/Kevlar试样能承受24.0 J锥体冲击, 远远优于相同面密度的纯Kevlar试样, 随着粒径的增加, 试样的防锥刺性能提高。刀体冲击能量为13.0 J时, STF/Kevlar试样的防刀刺性能优于相同面密度的纯Kevlar试样, 随着粒径的增大, 试样的被刺穿深度减小, 主要表现为剪切断裂破坏。      

纳米CaCO3/EPR/PP复合材料性能与结构研究

采用双辊混炼和挤出制样的方法制备了纳米CaCO₃/EPR/PP复合材料。通过PCM、TEM及力学性能测试研究了复合材料的力学性能及EPR和CaCO₃粒子的分散状况。在纳米CaCO₃/EPR/PP复合体系中,纳米CaCO₃粒子的加入,不但使冲击强度显著提高,而且使弯曲弹性模量显著提高。纳米CaCO₃粒子的增韧机理在于纳米CaCO₃粒子的加入使弹性体EPR的分散更加均匀,EPR颗粒的粒径变小,进而与纳米CaCO₃粒子产生协同增韧的作用。      

乳酸低聚物改性的纳米碳酸钙对聚乳酸性能的影响

采用直接缩聚法制备了乳酸低聚物,用该物质对纳米碳酸钙(CaCO₃)进行改性,得到改性纳米碳酸钙(g-CaCO₃)。将g-CaCO₃与聚乳酸(PLA)通过溶液共混制备了g-CaCO₃/PLA复合材料。通过FTIR、吸油值等对g-CaCO₃进行了表征,并采用SEM、DSC、万能试验机、流变测试仪、透湿仪、紫外-可见-近红外(UV-Vis-AIR)分光光度计研究了g-CaCO₃对PLA结构和性能的影响。结果表明,乳酸低聚物的改性降低了CaCO₃的吸油值,改善了CaCO₃与PLA的界面相容性,促进了CaCO₃在PLA基体中的分散;同时,g-CaCO₃在PLA基体中起到成核剂的作用,改善了PLA材料的结晶能力;随着g-CaCO₃添加量的增加,g-CaCO₃/PLA复合材料的拉伸强度和断裂延伸率呈先上升后下降的趋势,当添加5wt%的g-CaCO₃时,拉伸强度比5%CaCO₃/PLA复合材料高50%,比纯PLA高20%,当添加量达到10wt%时,拉伸强度仍比纯PLA高出13%;加入g-CaCO₃能够提高复合材料的储能模量和复数黏度;此外,g-CaCO₃的加入,提高了PLA材料对紫外可见光和水蒸气的阻隔性能。      

剪切增稠胶/聚氨酯泡沫复合材料的制备与力学性能

以聚氨酯泡沫(PUF)为体系基础,向体系中添加聚合物剪切增稠胶(STG),采用一步法成功制备了STG/PUF复合材料。研究分析了异氰酸酯指数(R值)以及STG含量对STG/PUF复合材料结构和性能的影响。结果表明,STG的加入会使泡沫的泡孔变大,发泡困难,但是会在一定范围内增加复合材料的压缩强度,并且会显著提高泡沫的静态吸能量,制备的STG/PUF样品(R值为0.75,STG质量分数为10%)的静态吸能量约为PUF的13倍。另外,随着R值的增加,PUF的密度先减小后增大,硬度逐渐增大,当异氰酸酯含量过高时,会导致泡沫脆性增加,降低其力学性能。当R值为0.75、STG质量分数为10%时,复合材料的力学性能最优。     

CaCO3增强马来酸化蓖麻油树脂及其泡沫塑料

以马来酸化蓖麻油(MACO)为主要原料,利用无机矿物碳酸钙(CaCO₃)粒子作为增强材料制备了环境友好的CaCO₃/MACO复合材料及其泡沫塑料,研究了CaCO₃对MACO力学性能、动态力学性能和热稳定性的影响,分析了无机粒子与基体间的界面相互作用.研究结果表明:CaCO₃含量及其与MACO基体聚合物间的界面黏结是影响复合材料强度的关键因素.随CaCO₃含量增加,CaCO₃/MACO复合材料的刚性增加,当CaCO₃添加量为60wt%时,复合材料的拉伸和弯曲强度达到最优,分别为26.7 MPa 和46.2 MPa,基本达到部分通用塑料的水平.动态力学和热稳定性分析证明:CaCO₃作为增强填料可有效提高蓖麻油基塑料的储存模量、玻璃化转变温度和热分解温度.这些行为归于MACO树脂中的羧基和羰基官能团能与CaCO₃发生氢键和配位键合作用,形成良好的界面结合.CaCO₃也能增强CaCO₃/MACO复合泡沫塑料,当泡沫塑料密度为0.24 g/cm³时,加入20wt%的 CaCO₃,其压缩强度和模量比纯泡沫塑料的分别提高142.0%和211.5%.添加矿物填料可降低材料中石油基原料的用量,降低材料成本,增加复合材料与环境的相容性.     

剪切增稠凝胶/环氧树脂复合材料的制备及性能研究

剪切增稠凝胶(STG)是近年来引起人们极大研究兴趣的一种剪切增稠材料,表现出冲击硬化效应。将STG与环氧树脂材料进行复合,获得一种强度更高的STG增强环氧树脂材料,一方面解决剪切增稠材料在实际过程中的冷流问题,另一方面通过高分子聚合物与剪切增稠凝胶材料的耦合作用,进一步改善环氧树脂的脆性以抗冲击防护性能。采用热分析表征样品的热稳定性;采用电子万能材料试验机对复合材料进行了多重拉伸速率的拉伸力学性能测试;采用扫描电子显微镜对材料进行微观结构观察。     

添加Ni和Ag纳米颗粒对BaTiO3/PVDF复合材料击穿场强的影响

选用金属Ni和Ag纳米颗粒作为导体相,采用共混法分别制备了击穿场强较高的Ni-BaTiO₃/聚偏氟乙烯（Ni-BaTiO₃/PVDF）和Ag-BaTiO₃/PVDF三相复合材料。研究了导体相Ni和Ag添加量、粒径及导体种类对复合材料击穿场强的影响,发现Ni-BaTiO₃/PVDF和Ag-BaTiO₃/PVDF三相复合材料的击穿场强均随导体添加量的增加呈现先升高后降低的趋势,且在适宜的导体添加量下复合材料均表现出高于未添加导体相的BaTiO₃/PVDF两相复合材料的击穿场强;添加同类导体Ni时,Ni粒径越小,三相复合材料的击穿场强提高越明显;导体添加量与粒径均相同时,Ni-BaTiO₃/PVDF复合材料的击穿场强较高,当粒径50 nm的Ni添加量为体积分数1.90%时,其击穿场强可达200 kV/mm,储能密度比BaTiO₃/PVDF两相复合材料提高4倍。这些结果可用库仑阻塞效应很好地解释。     

纳米CaCO3改性聚氨酯复合材料的制备及性能研究

以纳米CaCO₃为增强材料,通过预聚体法制备了不同纳米CaCO₃掺杂的聚氨酯复合材料,研究了纳米CaCO₃改性聚氨酯复合材料的力学性能、微观形貌、磨损性能和热稳定性能。结果表明,纳米CaCO₃的掺杂没有改变聚氨酯的结构,但改善了复合材料的微观形貌和整体的均匀性,提升了复合材料的力学性能、磨损性能和热稳定性。随着纳米CaCO₃掺杂量的增加,改性聚氨酯复合材料的拉伸强度、断裂延伸率和残余量先升高后降低,磨损量先降低后升高。当纳米CaCO₃的掺杂量为3%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度、断裂延伸率和残余量达到了最大值,分别为33.7 MPa、510.2%和4.4%,磨损量最低为50.1 mg。综合分析可知,纳米CaCO₃的最佳掺杂量为3%(质量分数)。     

热膨胀微球增强剪切增稠胶/聚氨酯泡沫复合材料的力学性能

使用热膨胀微球和水为发泡剂制备剪切增稠胶增强聚氨酯泡沫.采用正交实验法选取了制备剪切增稠胶/聚氨酯泡沫复合材料的最佳工艺.研究了热膨胀微球含量对剪切增稠胶/聚氨酯泡沫的密度、压缩强度、静态吸能量等力学性能的影响.研究结果表明,130℃下剪切增稠胶质量分数为15％,异氰酸酯指数为0.9,热膨胀微球质量分数为3％时制备的泡沫性能最佳.另外,热膨胀微球的加入会使体系的黏度发生变化,影响发泡效果.添加热膨胀微球不仅使泡沫的密度减小,而且使泡沫的压缩强度和静态吸能量增大.利用热膨胀微球可制备出轻质的吸能材料.     

SC-CO2及工艺条件对高固含量发射药CA/CaCO3体系挤出停留时间的影响

为了研究挤出过程中超临界二氧化碳（SC-CO₂）对高固含量发射药停留时间分布的影响，采用示踪粒子轨迹跟踪技术研究了醋酸纤维素（CA）/碳酸钙（CaCO₃）/SC-CO₂代料停留时间的影响因素，结合反应器流动模型确定了CA/CaCO₃/SC-CO₂在机筒中的流动情况。数值模拟结果显示,注入体积流量为0.1 mL/min的SC-CO₂后，平均停留时间缩短了35%，Pe减小了196.4；螺杆转速由6 r/min增加到14 r/min时，平均停留时间缩短了54.5%，Pe减小了210.8；当机筒温度从40 ℃升高至60 ℃，平均停留时间减少了19%，Pe减小了75.0。反应器流动模型拟合结果显示,螺杆转速由6 r/min增加到14 r/min时，CA/CaCO₃/SC-CO₂的体积分数从0.65降低到0.62。由此可知，SC-CO₂的加入、螺杆转速的增加以及机筒温度的升高都显著缩短了物料的停留时间，并促进了轴向混合，CA/CaCO₃/SC-CO₂在螺杆内的主要流型为活塞流。     

发泡CaCO3/杜仲胶形状记忆复合材料的制备与表征

天然杜仲胶的反式有序性结构使其具有较强的结晶能力,交联程度较低时可用作形状记忆材料。本文以热膨胀物理微球Expancel 920DU40为发泡剂制备了发泡CaCO₃/杜仲胶（EUG）形状记忆复合材料,采用SEM、FTIR、DSC、DMA和万能材料试验机等对Expancel 920DU40的组分及受热膨胀特性和不同交联程度的CaCO₃/EUG形状记忆复合材料的结晶熔融行为、微观形貌、形状记忆行为及力学性能进行了表征。结果表明,Expancel 920DU40的外壳为丙烯腈均聚物或与其他单体的共聚物,内部为液态烷烃; CaCO₃/EUG形状记忆复合材料的力学性能与其交联程度和发泡程度有关;随着交联程度的增加,EUG的结晶和熔融温度降低,形变率、形状固定率和形状回复率均降低,当S用量为0.8 g时形状记忆性能最佳;调控交联程度可以获得具备不同形状记忆能力的CaCO₃/EUG形状记忆复合材料。     

针状碳酸钙制备中氯化镁晶型导向剂的套用研究

以MgCl₂为晶型导向剂制备了形貌规整的文石相针状碳酸钙, 其粒径为2.5~5.0μm, 长径比为10~20. 采用EDTA络合滴定碳化后回收滤液中Ca²⁺、Mg²⁺含量以确定需补加MgCl₂量, 并在相同的碳化工艺条件下逐步改进套用回收液的方法制备针状碳酸钙. 产品用SEM、XRD进行形貌观察和晶型组成分析. 结果表明, 随着套用次数的增加, 碳酸钙产品中文石相的含量逐渐降低, 当文石相的含量低于80%时, 针状碳酸钙的长径比也大幅下降, 同时生成大量微细立方状方解石相碳酸钙, 将不适合继续套用. 直接套用回收液时只能循环使用1次, 而将套用的回收液经补加Mg²⁺、加酸调节pH等优化处理后可使套用次数延长至12次, 这将大幅降低针状碳酸钙的生产成本.     

颗粒级配对Si_(3)N_(4)w/Si_(3)N_(4)复合材料弯曲强度与介电性能的影响EI北大核心CSCD

为了获得一种弯曲和介电性能良好的氮化物陶瓷材料,本工作首先以氮化硅晶须(Si_(3)N_(4w))为原料,采用喷雾造粒工艺制备3种具有不同粒径分布的Si_(3)N_(4w)球形颗粒粉体,研究雾化盘转速对Si_(3)N_(4w)球形颗粒粉体粒径分布的影响。然后以喷雾造粒得到的Si_(3)N_(4w)球形颗粒为原料,采用干压法制备3种颗粒级配的Si_(3)N_(4w)预制体,研究颗粒级配Si_(3)N_(4w)预制体的孔径分布。采用化学气相渗透(CVI)和先驱体浸渍裂解(PIP)工艺在3种颗粒级配的Si_(3)N_(4w)预制体中进一步制备Si_(3)N_(4)基体,研究Si_(3)N_(4w)/Si_(3)N_(4)复合材料制备过程中的物相和微结构演变以及颗粒级配对Si_(3)N_(4w)/Si_(3)N_(4)复合材料的微结构、密度、弯曲强度和介电性能的影响。结果表明:3种颗粒级配的Si_(3)N_(4w)预制体均具有二级孔隙特征,其中小孔孔径均约为0.7μm,大孔孔径分别为45.2,30.1μm和21.3μm。在制备的3种颗粒级配的Si_(3)N_(4w)/Si_(3)N_(4)复合材料中,S13样品的颗粒级配效果最好,复合材料的弯曲强度达到81.59 MPa。此外,该样品的介电常数和介电损耗分别为5.08和0.018。良好的弯曲强度和介电性能表明制备的Si_(3)N_(4w)/Si_(3)N_(4)复合材料有望应用于导弹天线罩领域。     

纳米碳酸钙粉末橡胶复合粒子增强增韧聚氯乙烯

以纳米CaCO₃浆料和丁苯胶乳、 羧基丁苯胶乳、 丁腈胶乳为原料, 采用共凝聚法分别制备了三种纳米CaCO₃-粉末橡胶复合粒子, 并制备了三种纳米CaCO₃-粉末橡胶/聚氯乙烯(PVC)复合材料, 系统研究了复合粒子含量对PVC力学性能的影响, 并探讨了复合粒子的增强增韧机制。结果表明: 复合粒子在PVC树脂中分散均匀, 复合粒子中的纳米CaCO₃粒子以"裸露态"和橡胶"包裹态"两种形式存在于PVC基体中; 三种复合粒子均能显著提高PVC的缺口冲击强度, 纳米CaCO₃-粉末丁腈橡胶(CaCO₃-NBR)能同时起到增强增韧的效果, 而纳米CaCO₃-粉末丁苯橡胶(CaCO₃-SBR)在提高缺口冲击强度的同时也损失了PVC原有的刚性, 使其弯曲模量和拉伸强度大幅度降低, 纳米CaCO₃-粉末羧基丁苯橡胶(CaCO₃-X-SBR)的改性效果鉴于前两者之间; 复合粒子与PVC基体的相容性是影响复合粒子增强增韧改性效果的决定性因素, 相容性好的复合粒子能同时起到增强增韧的效果。     

牡蛎壳为原料制备医用CaCO3/HA复合生物材料

以牡蛎壳为原材料,通过水热法制备了碳酸钙(CaCO3)/羟基磷灰石(HA)复合材料,拟达到降低HA生产成本并改善其降解性能的目的。通过物相分析和SEM、TEM观察发现制得的CaCO3/HA复合材料呈现片层状,其微观形貌呈现纳米颗粒状。实验通过控制钙、磷元素的投料比例制备了HA含量为20%、40%、60%的三种CaCO3/HA复合材料(20%HA、40%HA、60%HA),通过ICP测试计算得出HA的实际含量为17.52%、34.30%、43.24%。随着HA含量的增加, CaCO3/HA复合材料的比表面积和热稳定性显著提升。体外降解实验结果表明,三种不同HA含量的复合材料在PBS模拟体液中14d的降解率分别为15.2%,12.0%和10.8%,降解率随HA比例的增高而降低。这些结果表明:水热法合成CaCO3/HA复合材料可通过钙、磷元素的投料比例来调控HA的转化率,进而调控CaCO3/HA复合材料的降解速率,实现其在骨科领域的潜在应用。     

高性能Sm2Fe17N x 粉体制备的研究进展

新能源汽车的高速发展,需要能稳定工作在120℃~200℃温度区间的永磁材料。居里温度为476℃、各向异性场为14.7 T的Sm₂Fe₁₇N₃,具有优良的本征磁性能,可应用在这个温度区间。为了提高Sm₂Fe₁₇N₃粉体的磁性能,必须将颗粒的粒径减小到临界单畴尺寸以实现高各向异性场;同时,还要避免颗粒尺寸减小产生的表面氧化,以保证高剩磁和最大磁能积。粉体破碎、机械合金化、甩带、薄带连铸、还原扩散以及表面镀覆等多种制备工艺,可用于制备高性能Sm₂Fe₁₇N₃。目前,实验室制备的Sm₂Fe₁₇N₃粉体的矫顽力和最大磁能积已经达到28.1 kOe和43.6 MGOe。本文评述近年来Sm₂Fe₁₇N₃粉体制备的研究成果,包括对制备机理的系统总结并提出仍待解决的关键问题：Sm₂Fe₁₇N₃粉体的矫顽力、剩磁等与其颗粒尺寸的量化规律以及与颗粒磁畴结构的关联机制;对NH₃/H₂混合气体中H₂对提高氮化效率的作用机制仍需探索;进一步开发在低氧环境下的颗粒粒径均匀化、控制形貌的二次破碎技术;对于还原扩散法,开发适合规模化应用的新前驱体及其制备方法以及快速去除钙副产物的水洗技术等。