原位接枝改性纳米二氧化硅/聚丙烯复合材料Ⅱ:性能测试

通过熔融共混过程中原位接枝的方法制得聚丙烯酸丁酯接枝改性纳米二氧化硅/ 聚丙烯(SiO₂-g- PBA/PP) 复合材料, 探讨了材料制备的最佳工艺条件, 研究了复合材料的机械性能、结晶性能、微观形貌以及动态黏弹行为。结果表明, 少量纳米粒子(体积分数≤1.36 %) 的加入即可对PP 起到同时增强增韧的作用, 制备SiO₂-g- PBA/PP 的适宜工艺条件为熔融共混温度180 ℃, 共混时间10 min , 转子转速60 r/ min。对复合材料结晶行为的研究表明, 纳米粒子的成核效应使PP 的结晶速率加快。微观形态观察表明, 纳米粒子与聚合物基体间具有良好的界面结合, 这一点从对材料动态黏弹行为的研究中得到进一步证明, 从而阐明了纳米粒子增韧增强聚合物的机理。     

低填充SiO2/聚丙烯纳米复合材料的拉伸特性

通过对纳米SiO2辐照接枝聚合改性,结合熔融共混工艺制备了低填充SiO2/PP纳米复合材料,发现在一定拉伸速度和粒子含量下,经辐照改性的SiO2/PP纳米复合韧性得到显著提高,同时强度也有所增加,随拉伸速度的升高,纳米复合材料的模量和强度逐渐增大,而韧性则随之下降,断面扫描电镜观察表明,改性纳米粒子填充复合材料韧性提高的机理以空化和基体大面积剪切屈服为主。     

硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面接枝改性研究

利用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅粉体进行超声表面改性,采用动态光散射粒度仪(DLS)、红外光谱(FT-IR)和透射电镜(TEM)等分析手段对表面改性前后的纳米二氧化硅进行表征。结果表明:硅烷偶联剂能够成功地对纳米二氧化硅进行改性,并且提高其分散性。经硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅活化率提高,团聚减少,粒子分布更加均匀。     

原位聚合制备聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料及其结构性能表征

首先制备MMT／MgCl2／TiCl4插层催化剂，并通过原位聚合的方法制得聚丙烯(PP)／蒙脱土(MMT)纳米复合材料。XRD和TEM分析结果表明，蒙脱土在聚丙烯基体中被剥离并成纳米级分散。在低于80℃左右时，PP／MMT纳米复合材料的储能模量明显高于纯聚丙烯的储能模量。PP／MMT复合材料的玻璃化温度比纯PP提高了2℃～5℃。     

纳米SiO2/聚丙烯复合材料的微观结构

利用原子力显微镜和透射电镜分析了聚苯乙烯辐射接枝纳米二氧化硅粒子( SiO₂-g-PS) 填充聚丙烯( PP) 的微观结构, 并与该复合材料的拉伸和冲击强度相关联, 为探讨纳米粒子的增强增韧作用机制提供了直观证据。利用原子力显微镜进行的微划痕和纳米压痕实验, 通过与显微硬度和动态力学性能测试结果的比较, 证实了接枝改性后的纳米粒子团聚体具有承载能力, 而这些团聚体对复合材料的局部和整体力学响应不同, 揭示了团聚体增强效应的内在原因, 即在纳米粒子团聚体内部以及团聚体之间形成了特定的应力双逾渗结构。     

聚乙烯/凹凸棒石纳米复合材料的微观结构与力学性能

对原位配位聚合法制备的聚乙烯/凹凸棒石纳米复合材料的亚微形态与力学性能进行了研究。建立了二者之间的联系，并与相同原料，相同组分的熔体共混纳米复合材料进行了比较；认为这种新型材料中无机纤维与有机大分子间的“梳型结构”导致了大量凝胶的出现，而纳米纤维在聚合物基体中的均匀分布以及组分间很强的相互作用是材料高性能表现的根本原因。     

纳米镍/介孔二氧化硅复合材料的组装及结构和性质 Ⅰ : 纳米镍/介孔二氧化硅复合材料的制备及结构表征

利用介孔组装,可以进行纳米复合材料结构和功能设计。通过溶胶-凝胶方法,采用混合、浸泡和氢热还原工艺,获得纳米镍/介孔二氧化硅复合材料。运用DSC、XRD、XPS、TEM等手段对纳米镍/介孔二氧化硅复合材料进行表征。结果表明,纳米金属Ni颗粒的尺寸由介孔SiO₂的结构和孔径分布决定,受还原温度和成分等影响,在8~20nm范围变化,浸泡法更容易获得纳米金属颗粒均匀分布的复合材料。由于SiO₂介孔结构连通,纳米Ni表面存在氧化,纳米颗粒存在于介孔中形成壳结构。介孔二氧化硅基体中添加稀土元素Ce,有利于增强介孔基体骨架强度,限制纳米颗粒聚集长大。      

聚丙烯接枝马来酸酐改性纳米ZnO/聚丙烯复合材料的成核结晶行为及力学性能

采用熔融共混法制备了nano-ZnO/聚丙烯(PP)复合材料,研究了相容剂聚丙烯接枝马来酸酐(PP-gMAH)的加入对nano-ZnO/PP复合材料的成核结晶行为、晶体结构、结晶形态以及力学性能的影响。结果表明,低添加量(质量分数小于5%)的nano-ZnO对PP有较好的β晶成核效应,而当其质量分数大于5%时,nano-ZnO对PP结晶有明显的异相成核作用,使PP结晶温度大幅度提高,PP结晶在(040)晶面呈现生长择优性;PP-gMAH的加入增强了nano-ZnO粒子与PP基体之间的界面相互作用,改善了纳米粒子的分散性,促进了PP基体的异相成核,提高了nano-ZnO/PP复合材料的拉伸强度和冲击强度,但却抑制了nano-ZnO诱导PP生成β晶。nano-ZnO/PP复合材料体系中因界面相互作用改善所致的韧性提高明显强于nano-ZnO诱导PP形成β晶的增韧效应。     

原位固相接枝改性EPDM/PP/CaCO3复合材料相结构与性能的关系

以丙烯酸(AA)为纽带,将聚丙烯蜡(PPW)原位固相接枝在碳酸钙(CaCO3)表面,将得到的改性CaCO3与聚丙烯(PP)、三元乙丙橡胶(EPDM)通过2种不同的加工混合工艺制备了PP/EPDM/CaCO3三元复合材料。研究了改性CaCO3的表面性能,并通过热力学、动力学参数预测了复合材料中可能形成的分散形态,以阐明复合材料宏观性能与微观形态的关系。结果表明,改性CaCO3表面极性降低,与PP、EPDM的相容性变好,界面张力明显降低;从热力学因素考虑,改性CaCO3更容易分散在PP相中,和EPDM形成单独分散结构;动力学因素表明,将改性CaCO3先与EPDM复合再与PP复合的"两步法"工艺可以减缓CaCO3从EPDM中迁出而有利于形成以CaCO3为核、EPDM为壳的核-壳结构,这一结果通过电镜得到证实;核-壳结构使复合材料的各项力学性能均得到提高,尤其是在复合材料韧性方面,并且随着核-壳结构的增加,复合材料的韧性也随之增加,但这种核-壳结构不利于提高复合材料的熔体流动速率。     

溶胶-凝胶法纳米二氧化硅原位改性研究

研究了原位改性对溶胶凝胶法制备的纳米二氧化硅的特性和应用性能的影响,结果表明原位改性改善了纳米二氧化硅的分散性,使纳米二氧化硅的粒径减小,分布更加均匀,外观形貌发生变化,但并不改变纳米二氧化硅的晶体结构和体相成分.其改性机理是纳米二氧化硅表面的物理吸附水和硅羟基被硅烷偶联剂的有机成分所代替.当硅烷偶联剂的用量适当时,制备的纳米二氧化硅在阴极电泳漆中具有良好的应用性能.     

纳米SiO2对聚醋酸乙烯乳液的粒子形态和力学性能的影响

采用原位聚合法制备了聚醋酸乙烯/纳米SiO2复合乳液,对乳胶粒的形态、复合乳液的力学性能进行了表征.结果表明,复合乳液力学性能有较大提高、微观形态更趋复杂,并对其机理进行了一定的分析.     

原位聚合法制备尼龙66/蒙脱土纳米复合材料及其性能

采用原位聚合法制备了尼龙66/有机蒙脱土纳米复合材料,利用TEM观察了复合材料的微观结构,测试了其力学性能、热稳定性和阻燃性能,探讨了复合材料结构与性能之间的关系。研究结果表明:蒙脱土以纳米尺度均匀分散在尼龙66基体中,蒙脱土的加入改善了材料的力学性能、热稳定性和阻燃性能。     

原位制备碳负载纳米TiO2的研究

首先采用聚合法制备右旋糖苷基钛酸酯Dex-OTi，然后再通过热解右旋糖苷基钛酸酯中的葡聚糖制备碳负载型纳米TiO2。利用DSC、FTIR、XRD及TEM等手段对其热稳定性、结构、晶型以及粒子大小等进行了分析和表征。通过FTIR分析可得目标产物中含有锐钛矿型TiO2，由TEM可看出TiO2纳米粒子大小均一，尺寸范围为100nm以内。     

聚苯乙烯/纳米SiO2复合颗粒制备与表征

为改善二氧化硅(SiO2)纳米粒子与聚合物基体间的亲和性,使SiO2表面功能化,将硅烷偶联剂KH-570引入C=C基团,采用乳液聚合方法在纳米SiO2粒子表面接枝苯乙烯(St)单体,实现了纳米二氧化硅表面的聚苯乙烯(PS)高分子包覆改性,制备了具有核/壳结构的SiO2-PS复合纳米粒子,产物的单体转化率和接枝效率在80%以上.研究了二氧化硅含量和偶联剂用量对聚合反应的单体转化率和接枝效率的影响,探讨了偶联剂的作用机理,利用FT-IR、TEM、TG对SiO2-PS复合粒子的表面结构进行了表征.结果表明,复合粒子具有明显的核壳结构,壳层厚度在20nm左右,乳液聚合过程可有效使二氧化硅的团聚体剥离呈纳米级颗粒.     

预辐照聚丙烯悬浮接枝聚苯乙烯的制备及结构性能

通过预辐照和悬浮接枝技术制备聚丙烯接枝聚苯乙烯(PP-g-PS)。利用红外光谱、核磁共振、X射线衍射、差示扫描量热分析、旋转流变仪及高压击穿实验对PP-g-PS的结构和性能进行了表征。结果表明,PP-g-PS的FT-IR在1493cm~(-1),1601 cm~(-1)和3027 cm~(-1)处出现了新的吸收峰,其中1601 cm~(-1)和3027 cm~(-1)分别为PS苯环上C=C和C-H的特征吸收峰;1H-NMR在1.2,1.4和2.0位置处出现新的化学位移峰,在δ7.1和7.2处出现2组峰,这是PS苯环上氢的化学位移,证明PS已接枝到PP的大分子链上。与PP相比,PP-g-PS的熔融温度和结晶度降低,结晶温度升高;随接枝率增大,PP-g-PS的结晶温度升高;PP-g-PS的耐电压击穿性能好,其击穿场强可达PP的1.4倍。     

聚氨酯(PU)/凹凸棒土(AT)原位复合材料制备及表征

凹凸棒土(AT)经过提纯,采用原位聚合方法制备聚氨酯(PU)/凹凸棒土(AT)复合材料.通过SEM、FT-IR、DMA等测试方法对PU/AT复合材料的结构进行了表征.结果表明:复合材料的热稳定性和玻璃化温度较PU都有明显提高,拉伸强度也有较大提高.并分析了AT对复合材料结构的影响和作用机理.     

原位TiB/Ti复合材料的熔铸制备及其显微组织

结合Ti-B-Al体系的热力学及Ti-B相图,提出了可制备薄壁、复杂形状原位自生钛基复合材料构件的SMIF工艺.采用XRD、SEM和TEM等手段研究用该工艺制备的复合材料的相组成和显微组织.结果表明,钛基复合材料中生成了TiB增强相,且在基体中分布均匀,呈短纤维状;并且Al的加入使得TiB相具有较高的长径比,最高可达110.TiB增强相/基体界面清洁、无污染.受熔模精铸陶瓷型壳的激冷作用,钛基复合材料铸锭表层中TiB相垂直于铸锭的表面分布.与基体合金相比较,钛基复合材料的力学性能有了很大程度的提高.     

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。