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.     

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)。     

剪切增稠胶/碳酸钙复合材料的制备及其抗冲击性能研究

为了提升人体防护装备的轻便性和灵活性,以剪切增稠胶(STG)为基体,并用纳米CaCO₃对其进行补强,制备了缓冲吸能性能优异的剪切增稠STG/CaCO₃复合材料,研究了CaCO₃含量和粒径对STG剪切增稠性能的影响。结果表明:添加CaCO₃后复合材料的最大储能模量比未添加时增加455%;添加的CaCO₃粒径越小,复合材料的剪切增稠性能越优异。通过落锤冲击实验表征了复合材料的抗冲击性能,CaCO₃的填充可使复合材料在具有最小变形量的情况下吸收更多的冲击力。探究了STG剪切增稠和CaCO₃补强的作用机理,指出剪切增稠现象是由交联键的形成和分子链的缠结作用产生的,CaCO₃通过吸能阻裂,分散冲击力产生补强作用。     

MAHSBS和纳米CaCO3复合改性PCABS共混材料

研究苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（MAH-SBS）、纳米CaCO₃单独填加与复配填加对聚碳酸酯与丙烯腈-丁二烯-苯二烯三元共聚物（ABS）共混物（PC-ABS）性能的影响,采用电子扫描电镜观察其微观结构。结果发现,质量比PC：ABS=1：1时,共混材料综合性能最好;单独添加4wt%的纳米CaCO₃,PC-ABS的拉伸强度明显上升,冲击强度略有上升;单独添加SBS无法起到改良效果;单独添加MAH-SBS,MAH-SBS/PC-ABS的冲击强度上升,但拉伸强度严重下降;MAH-SBS与纳米CaCO₃复配时,可以起到协同作用,PC-ABS的冲击强度由80 kJ/m²上升至约108 kJ/m²,拉伸强度由57.0 MPa上升至约61.5 MPa。     

纳米SiO2改性竹纤维/乙烯基树脂复合材料界面相容性

以乙烯基树脂(VE)为基体,竹纤维(BF)为增强材料,通过偶联剂KH602对纳米SiO₂进行改性处理,并利用改性后纳米SiO₂分别对竹纤维和树脂进行改性处理,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)制备了BF/VE复合材料。采用FTIR、SEM对改性后纤维和树脂的表面物理化学状态进行表征,结果表明:改性纳米SiO₂成功化学接枝到竹纤维表面且分散到树脂基体中,改性纳米SiO₂在BF1/VE0.5 (用1.0wt%改性纳米SiO₂改性纤维和0.5wt%改性纳米SiO₂改性树脂)复合材料中分散更为均匀;采用力学试验机和SEM对复合材料力学、断口和表面形貌进行分析,考察改性纳米SiO₂的添加量对BF/VE复合材料力学性能、界面性能的影响。结果表明:BF1/VE0.5复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值49.0 MPa、70.6 MPa和150.4 J/m,与未处理的复合材料相比分别提高了18.9%、26.1%、70.7%。此外,还初步探讨了改性纳米SiO₂的界面增强机制。      

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。     

PVC\弹性体\纳米CaCO3复合体系的加工和组成对力学性能的影响

详细研究了聚氯乙烯(PVC)、氯化聚乙烯(CPE)和纳米碳酸钙(Nano-CaCO₃)的三元复合体系的加工工艺和组成变化与力学性能之间的关系。研究表明:如果先将CPE等弹性体和纳米CaCO₃制成母粒,然后再与PVC进行混合,有利于纳米粒子在基体中的分散,在复合体系中,纳米CaCO₃和CPE达到了协同增韧PVC的作用,同时,纳米CaCO₃具有补强作用,且当母粒的组成为CPE/纳米CaCO₃=1∶2时,对PVC改性效果最佳。      

纳米Sb2O3增强聚丙烯基复合材料力学性能

通过球磨分散法和熔融共混法制得纳米Sb₂O₃/溴化环氧树脂-聚丙烯（BEO-PP）阻燃复合材料试样。采用XRD、DSC、拉伸和冲击性能测试,研究了纳米Sb₂O₃/BEO-PP阻燃复合材料的力学性能及其增强机制。研究结果表明：采用球磨法改性后的纳米Sb₂O₃颗粒在PP基体中的分散性和黏结性能得到明显改善;纳米Sb₂O₃颗粒的加入可改善PP基复合材料的强韧性;随着纳米Sb₂O₃质量分数的升高,纳米Sb₂O₃/BEO-PP复合材料的力学性能呈现出先升后降的趋势,PP基体的结晶度逐渐增高;当纳米Sb₂O₃颗粒添加量为2wt%时,纳米Sb₂O₃/BEO-PP复合材料表现出优异的综合性能。     

片状纳米Al2O3/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用水热法制备片状纳米Al₂O₃,经过偶联剂改性后与环氧树脂复合,通过溶液混合法制备了不同填充量的片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料,研究了片状纳米Al₂O₃用量对片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料介电性能和热性能的影响,利用SEM对复合材料的断口形貌进行了表征。结果表明: 片状纳米Al₂O₃在环氧树脂基体中分散良好;随着片状纳米Al₂O₃填充量的增加,复合材料的起始热分解温度升高、介电强度增大,当片状纳米Al₂O₃的填充量为7wt%时,复合材料的介电强度为 29.58 kV/mm,比纯环氧树脂的介电强度提高了30%;复合材料的介电常数(3.8~4.5)和介电损耗(0.015)比纯环氧树脂稍有增大,但仍维持在较好的介电性能范围内。     

TPV和纳米CaCO3协同增韧聚丙烯的研究

首先采用熔融共混法制备聚丙烯/热塑性动态硫化橡胶(PP/TPV)二元共混物,进一步添加纳米CaCO₃制备了PP/TPV/纳米CaCO₃三元共混物。探究了TPV用量对PP/TPV二元共混物力学性能和微观形貌的影响,以及纳米CaCO₃用量对PP/TPV/纳米CaCO₃三元共混物的力学性能、微观形貌、耐热性能及晶型的影响。结果表明,TPV能够有效增韧PP,当TPV用量仅为5份时,PP/TPV二元共混物的冲击强度达到8.2kJ/m²,较PP增加了95%,同时拉伸强度仅下降了4%;纳米CaCO₃能够诱导PP中β晶型的生成,随着纳米CaCO₃在PP/TPV/纳米CaCO₃三元共混物中用量的增加,缺口冲击强度呈现先增加后下降的趋势,而拉伸强度变化不大。当纳米CaCO₃用量为3份时,三元共混物的抗冲击性能最好,同时耐热性能也得到提升,可应用于汽车、建筑等行业。     

POE-g-MA对纳米CaCO_3/聚乳酸复合材料热及流变性能影响

以纳米碳酸钙(Nano-CaCO_3)和聚乳酸(PLA)为原料,马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MA)为增容剂,利用熔融挤出热拉-骤冷工艺制备了一系列Nano-CaCO_3/PLA复合材料。分别采用SEM、DSC、TG、毛细管流变仪(CR)和万能实验机研究了Nano-CaCO_3/PLA复合材料的界面相容性、热性能、流变性能与力学性能。结果表明:与纯PLA相比,当Nano-CaCO_3含量达到15wt%,Nano-CaCO_3/PLA复合材料团聚现象明显,其结晶度、最大热分解温度与拉伸强度分别下降1.9%、15.5℃与28.2%,弯曲强度和断裂伸长率分别提高37.5%和29.3%,而相应添加4wt%POE-g-MA增容剂的Nano-CaCO_3/PLA复合材料分散形态得到改善,其结晶度和拉伸强度分别下降4.2%和25.2%;最大热分解温度、弯曲强度和断裂伸长率分别提高5.8℃、25.3%和174.4%;同时POE-g-MA增加了Nano-CaCO_3/PLA复合材料的剪切黏度。     

热轧高含量B4C颗粒增强Al基复合材料的成形性能

高含量B₄C (B₄C≥30wt%)颗粒增强Al基(B₄C_P/Al)复合材料具有优异的结构和功能特性,尤其是具有优异的中子吸收性能,在核防护领域被用做屏蔽材料使用。但由于高含量B₄C颗粒的加入,使B₄C_P/Al复合材料变形困难。采用ABAQUS数值模拟方法对不同变形量下B₄C_P/Al复合材料的热轧过程进行数值模拟分析,在480℃温度下对热压烧结的B₄C_P/Al复合材料坯料进行轧制,并对其微观组织和力学性能进行分析。数值模拟结果表明,热轧变形量达到60%以上时,B₄C_P/Al复合材料板材表面中间区域应力较小,侧面应力较大,在板材边缘容易产生残余应力。研究结果表明,随轧制下压量的增加,B₄C_P/Al复合材料中B₄C颗粒分布明显均匀,位错密度增加。当轧制变形量达到70%时,B₄C_P/Al复合材料的屈服强度提高至249.46 MPa,极限抗拉强度提高至299.56 MPa。在拉伸过程中,B₄C颗粒优先断裂,但并未与基体界面脱黏,B₄C颗粒承受了主要载荷,Al基体发生塑性流动,从而提高了B₄C_P/Al复合材料的强度。      

碳纳米管-Ti3AlC2/AZ91D复合材料的微观组织及力学性能

采用化学镀铜的方法对增强相碳纳米管(CNTs)和Ti₃AlC₂进行表面改性,热压烧结制备了CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料,研究了其微观组织和力学性能的变化及增强机制。结果表明:CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料内部主要物相为CNTs、Ti₃AlC₂、Mg和Al₁₂Mg₁₇,增强相均匀分布在基体内,在增强相与基体的界面处存在U相(MgAlCu),使二者界面结合良好。当增强相CNTs 和Ti₃AlC₂含量分别为1wt%和25wt%时,较镁合金AZ91D,CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料的弹性模量、拉伸强度、屈服强度和延伸率分别提高了120.30%、25.72%、126.50%和36.84%,弯曲强度和压缩强度分别为337.92 MPa和436.27 MPa。CNTs-Ti₃AlC₂/AZ91D复合材料的断裂方式表现为脆性断裂,其强化机制主要为热配错强化、Orowan强化和细晶强化机制。      

功能化石墨烯-SiO2协同增强增韧聚丙烯复合材料的制备与性能

先采用溶胶-凝胶法制备了氧化石墨烯（GO）-SiO₂杂化材料,再与聚丙烯（PP）进行熔融共混制备了GO-SiO₂/PP复合材料。分别采用FTIR、XRD、XPS、DSC、SEM、动态热机械分析（DMA）、拉伸及冲击等测试手段对填料及GO-SiO₂/PP复合材料的结构与性能进行了表征。FTIR和XPS分析表明,GO已经成功获得功能化。力学性能测试结果证实,GO-SiO₂对PP基体具有良好的强韧化协同改性作用,且优于SiO₂/PP及GO/PP复合材料体系。固定GO-SiO₂中GO与SiO₂的质量比为1∶1,当填料GO-SiO₂的质量分数为0.1wt%时,GO-SiO₂/PP复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为38.9 MPa和7.6 kJ/m²,与纯PP基体相比分别提高了29.4%和66.3%。DSC测试表明,GO-SiO₂/PP复合材料中PP的熔融温度和结晶温度分别为167.4℃和111.7℃,与纯PP相比分别提高了4.7℃和5.2℃。DMA测试表明,GO-SiO₂的加入使GO-SiO₂/PP复合材料的储能模量增大,损耗模量峰向更高温度移动。SEM观察表明,当加入少量的GO-SiO₂时,填料能均匀的分散在基体中,但GO-SiO₂过多时,则容易形成团聚。     

石墨烯增强FeSiAl-MoS2/PLA复合材料吸波性能

多元材料复合是制备轻质、宽频和强吸收吸波材料的有效方法。以聚乳酸(PLA)为基体,FeSiAl、MoS₂和石墨烯(GN)为填料,通过球磨和熔融挤出两步法制备了可用于熔融沉积成形(FDM)的FeSiAl-MoS₂-GN/PLA复合材料。采用XRD、拉曼光谱、SEM和矢量网络分析仪分别对复合材料的物相结构、微观形貌和电磁特性进行了表征,并研究了石墨烯含量对复合材料吸波性能的影响。研究表明:石墨烯、FeSiAl和MoS₂随机分散在PLA基体中,形成了复杂的导电网络;多元材料复合构筑了丰富的介电/磁异质界面,有利于促进界面极化;当石墨烯含量增加时,复合材料的吸波性能随之增强,当石墨烯含量为5wt%时,复合材料的吸波性能最佳,在厚度为1.7 mm时最小反射损耗为?27.90 dB,在厚度为1.9 mm时有效吸收带宽为4.96 GHz(12.64~17.60 GHz)。其优异的吸波性能归因于良好的阻抗匹配及介电损耗和磁损耗之间的协同作用。      

木粉含量对木粉-淀粉/聚乳酸复合材料性能的影响

以杨木粉、玉米淀粉和聚乳酸(PLA)为原料,甘油为相容剂,利用熔融挤出法制备了木粉-淀粉/PLA复合材料。研究了木粉含量对复合材料界面相容性、热性能、力学性能、流变性能以及吸水率的影响。结果表明:随着木粉含量的增加,PLA与木粉之间的界面相容性下降,木粉-淀粉/PLA复合材料的热稳定性下降,储能模量、损耗模量和复数黏度逐渐增加;随着木粉含量的增加,木粉-淀粉/PLA复合材料的拉伸强度和弯曲强度呈现先增大后减小的趋势,当木粉含量为18wt%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度均达到最大值,最大值分别为40.65 MPa和60.91 MPa;随木粉含量的增加,复合材料的断裂伸长率由9.64%减小到5.97%,而吸水率由5.38%增大到13.43%。     

应用于X射线屏蔽的马来酸钐配合物改性三元乙丙橡胶

为制备稀土类质量轻且无铅毒的屏蔽材料,首先,利用Sm₂O₃与马来酸酐(MA)通过沉淀法合成了马来酸钐配合物(Sm-MA);然后,将Sm-MA用于改性三元乙丙橡胶(EPDM),制备了Sm-MA/EPDM复合材料;最后,采用TG、FTIR、SEM和XRD对Sm-MA进行测试,并分别表征了Sm-MA/EPDM复合材料的力学性能、微观形貌和屏蔽性能(X射线能量为59.3keV)。TG结果显示Sm-MA在850℃左右热分解失重趋于终止,Sm-MA的总失重率为43.7%,由实验数据算得的Sm-MA中Sm的含量(47.6wt%)与理论计算值46.8wt%基本相符;FTIR谱图显示MA的-COOH特征吸收峰在形成配合物后消失,并出现羧酸根的对称与反对称伸缩振动吸收峰,表明Sm3+与MA发生键合。力学性能和屏蔽性能测试结果表明Sm-MA能显著增强EPDM的力学性能和屏蔽性能,当Sm-MA与EPDM的质量比为60:100时,Sm-MA/EPDM复合材料的性能达到最优,拉伸强度为18.3MPa,补强率达33.6%,屏蔽率达77.1%。所得结论表明添加无毒的金属配合物既可改善复合材料的性能,又能增加其与环境的相容性。      

SCE-SiO_2/PES-MBAE复合材料微观形貌及性能

为研究增韧双马来酰亚胺方法及其对性能的影响,首先利用超临界乙醇处理纳米SiO2(SCE-SiO2),改善其表面活性;然后以4,4’-二氨基二苯甲烷双马来酰亚胺(MBMI)、3,3’-二烯丙基双酚A(BBA)、双酚A双烯丙基醚(BBE)为原料合成了MBMI-BBA-BBE(MBAE)复合材料基体,并利用原位聚合法和溶胶-凝胶法将SCESiO2和聚醚砜(PES)加入MBAE基体中制备了SCE-SiO2/PES-MBAE多相复合材料;最后采用SEM观察了SCESiO2/PES-MBAE复合材料断面形貌。SCE-SiO2的FTIR分析结果表明:在3 434cm-1处的Si—OH的吸收峰消失,出现了3 310cm-1处的乙醇分子间—OH的吸收峰、2 984cm-1处的甲基和亚甲基的吸收峰,证明纳米粒子可能以某种形式结合了乙醇分子,改善了表面性能。PES以"蜂窝"状分散相的形式存在于基体中,断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变,SCE-SiO2和PES对材料均有增韧作用,PES的增韧效果更明显,二者之间具有协同作用,当SCE-SiO2含量为2wt%、PES含量为4wt%时,多相复合材料的冲击强度和弯曲强度分别为15.02kJ/m2和130.47MPa,较MBAE树脂分别提高了57.3%和35.8%。介电性能测试表明:SCE-SiO2和PES的引入均会导致SCE-SiO2/PES-MBAE复合材料的介电常数和损耗略有上升,但二者之间的协同作用可以抑制PES组分所带来的负面影响。