芳纶表面改性及其与丁腈橡胶复合材料的性能研究

为增强对位芳纶纤维(PPTA)与丁腈橡胶(NBR)之间的界面粘结强度,采用多巴胺(DA)-硅烷偶联剂对芳纶纤维联合改性并制备PPTA/NBR复合材料。结果表明,纤维改性后表面粗糙度增加;表面元素含量和种类都发生较大变化;在H试样抽出测试中,改性后的PPTA帘线/NBR试样抽出力相对于未改性试样增大64.02%,且黏附橡胶较多。改性后的PPTA/NBR试样,纤维含量相同时,断裂伸长率和拉伸强度相对未改性的PPTA/NBR试样增大;随着纤维含量的增加,使用同种方法处理的PPTA/NBR复合材料断裂伸长率减小,拉伸强度先增大后减小。     

芳纶纤维的紫外辐照改性及硅烷偶联剂二次改性EI北大核心CSCD

采用紫外辐照和硅烷偶联剂KH570二次接枝的方法对芳纶纤维表面进行改性,研究二次改性对芳纶纤维结构及性能的影响,并测试了改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料的力学性能。结果表明,经紫外辐照改性后,芳纶纤维表面产生活性官能团,为二次接枝提供反应活性点;KH570二次接枝改性后,纤维表面活性和表面粗糙度明显改善,并在其表面引入有助于提高粘合性能的活性官能团。整个改性过程简单、高效和安全。相比于未改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料(AF/CB/NR),紫外辐照-硅烷偶联剂二次改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料(KH570-UV-AF/CB/NR)的拉伸强度、100%定伸应力、300%定伸应力、撕裂强度和H抽出力分别提升了17.1%、24.7%、22.4%、48.7%和132.1%。     

芳纶纤维的紫外辐照改性及硅烷偶联剂二次改性

采用紫外辐照和硅烷偶联剂KH570二次接枝的方法对芳纶纤维表面进行改性,研究二次改性对芳纶纤维结构及性能的影响,并测试了改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料的力学性能。结果表明,经紫外辐照改性后,芳纶纤维表面产生活性官能团,为二次接枝提供反应活性点;KH570二次接枝改性后,纤维表面活性和表面粗糙度明显改善,并在其表面引入有助于提高粘合性能的活性官能团。整个改性过程简单、高效和安全。相比于未改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料(AF/CB/NR),紫外辐照-硅烷偶联剂二次改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料(KH570-UV-AF/CB/NR)的拉伸强度、100%定伸应力、300%定伸应力、撕裂强度和H抽出力分别提升了17.1%、24.7%、22.4%、48.7%和132.1%。     

芳纶纤维表面改性及其对芳纶/橡胶复合材料黏合性能的影响

以原位乳液聚合方法合成水性聚氨酯预聚体（WPUP）包覆纳米ZnO粒子（ZnO@WPUP）,将KOH预处理后的芳纶纤维浸渍在改性ZnO乳液中进行二次处理,进一步与天然橡胶硫化,得到ZnO@WPUP改性芳纶/橡胶复合材料,并通过FTIR、SEM和H抽出实验等测试分析ZnO@WPUP对芳纶/橡胶复合材料黏合性能的影响。结果表明：WPUP能有效提高ZnO分散性,随着WPUP含量增加,ZnO@WPUP在芳纶纤维表面分散更加均匀,纤维表面粗糙度增大,改善了芳纶纤维表面橡胶的黏附量,从而大幅度提高芳纶/橡胶复合材料的黏结强度。     

芳纶纤维表面处理及其增强天然橡胶复合材料的研究

通过对芳纶纤维(AF)进行预处理达到改善纤维与橡胶的界面粘接状况。首先采用磷酸(H3PO4)对纤维进行刻蚀,然后再用多巴胺(DOPA)在纤维表面涂覆,并在此基础上对纤维进行接枝改性,制备芳纶纤维增强天然橡胶(NR)的复合材料(AF/NR复合材料)。红外光谱、扫描电子显微镜检测表明不同的处理方法均改善了纤维和复合材料的界面粘接。力学性能测试显示经硅烷偶联剂双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si69)二次改性后的AF/NR复合材料的综合性能最好,100%定伸应力和撕裂强度达到最大值,分别为4.93MPa和95.94kN/m,与纯AF复合材料相比,分别提高了26.4%和13.9%。     

双键超支化聚硅氧烷在芳纶纤维表面的原位生长

以显著提升芳纶纤维与橡胶基体之间的界面结合强度为目标,本文开发了一种在芳纶纤维表面原位生长碳碳双键超支化聚硅氧烷的策略:首先借助多巴胺的仿生修饰建立初始层,接着采用迈克尔加成反应接枝氨基硅烷偶联剂创建中间层,最后通过脱水缩合反应实现原位生长。改性前后的芳纶纤维表面形貌和化学结构采用扫描电镜、傅里叶变换红外线光谱分析仪、X射线光电子能谱分析仪及热失重分析仪进行了测试表征。由芳纶纤维增强橡胶基复合材料的H-抽出力测试结果可得,本文采用的改性方法能够提升约66.4%的界面结合强度,其原因主要可以归结为表面粗糙度的提升及纤维束与橡胶共硫化的实现。对比分析发现,聚多巴胺初始层的采用使本改性方法具有较高的普适性和工业应用潜力。      

改性芳纶纤维/天然橡胶复合材料的制备及性能表征

采用傅里德-克拉夫茨反应原理在芳纶纤维表面接枝环氧氯丙烷,用偶联剂二次改性,研究表面接枝对芳纶纤维结构与性能的影响,并测试了改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶的力学性能。结果表明:改性后芳纶纤维表面的含氧量增加,偶联剂成功引入到芳纶表面,明显增加了芳纶的表面粗糙度和表面活性,降低了芳纶纤维的结晶度,但是对芳纶纤维晶体结构的影响不大,接枝环氧氯丙烷-偶联剂改性的芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料相比于未改性芳纶纤维/炭黑/天然橡胶复合材料力学性能有明显提高,橡胶加工流变性能分析表明芳纶纤维接枝环氧氯丙烷-偶联剂二次改性增大了复合材料的储能模量和损耗模量,减小了损耗因子从而改善了芳纶纤维与橡胶基体的界面结合强度。     

氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂复合材料性能

为了改善玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性,并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性,同时制备了氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料.采用FTIR表征了氧化石墨烯的改性效果;运用SEM分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制.结果表明:偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面;玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后,表面粗糙度及活性官能团含量增加,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强,界面黏结强度得到改善,玄武岩纤维的断裂强力提高了30.8%,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.6%.     

液态氧化法处理芳纶纤维及在硅橡胶中的应用研究

针对芳纶纤维表面光滑、惰性强、与橡胶的黏接性能差,严重影响了橡胶复合材料力学性能的缺点。采用KMnO4(5%)+H2SO4(15%)以1∶1混合溶液和K2Cr2O7(10%)+H2SO4(25%)以1∶1混合溶液分别对其表面进行改性处理,处理后从电子能谱仪(ESCA)可以测到纤维表面的化学组成发生了明显的变化,C的含量明显下降,N、O的含量有所提高,含氧基团也有明显的提高;通过角接触仪测定纤维与水、乙二醇的接触角明显减小,从而使纤维表面的活性有了一定幅度的提高。制得芳纶纤维-硅橡胶复合材料的力学性能由未处理的3.281MPa,分别提高到3.943MPa和3.685MPa(分别提高了20.2%和12.3%)。通过SEM照片可以对纤维与橡胶的微观界面进行分析,讨论其作用机理。     

LiCl处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

为提高芳纶纤维与复合材料基体间的界面强度,首先,使用LiCl乙醇溶液处理芳纶纤维一定时间;然后,对LiCl处理芳纶纤维表面的化学组成、微观形貌、单丝拉伸强度及芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明:使用LiCl乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面的含氮官能团含量增加;处理后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,进而改善了芳纶纤维与环氧树脂基体的界面粘接性能,使芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度由处理前的21.75 MPa提升到37.98 MPa;最佳处理时间为3~4 h,而处理时间过长会导致芳纶纤维的单丝拉伸强度及复合材料的层间剪切强度下降。所得结论证实使用LiCl处理芳纶纤维是一种有效的表面改性方法。      

SiC陶瓷表面处理工艺对SiC-AFRP界面粘接性能的影响

为提高SiC陶瓷-芳纶纤维增强树脂基复合材料(SiC-AFRP)的界面粘接性能,研究了陶瓷腐蚀工艺、偶联剂处理工艺、粘接剂种类对SiC-AFRP界面剥离强度的影响。结果表明:SiC陶瓷表面腐蚀工艺和偶联剂处理工艺能有效提高SiC-AFRP界面粘接性能。陶瓷经K3Fe(CN)6与KOH混合腐蚀液浸泡2h,使用乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂偶联化处理后,SiC-AFRP的界面剥离强度由0.45kN/m提高至2.20kN/m;VA含量15%(质量分数)的EVA热熔胶膜是理想的界面胶黏剂。     

苎麻织物表面改性对其增强热固性聚乳酸复合材料力学及阻燃性能的影响

采用碱处理、硅烷偶联剂处理、碱+硅烷偶联剂复合处理、碱+阻燃剂+硅烷偶联剂复合处理对苎麻织物进行表面改性,采用模压工艺制备了苎麻织物增强热固性聚乳酸(PLA)复合材料。研究了4种表面改性方法对苎麻织物/PLA复合材料弯曲性能的影响,采用SEM研究了苎麻纤维与PLA基体之间的界面结合状况。结果表明:经过4种表面改性处理后苎麻织物/PLA复合材料的弯曲性能均有所提高,其中碱+硅烷偶联剂复合处理后提高幅度最大,苎麻织物/PLA复合材料的弯曲强度、模量分别提高了59.5%、51.9%。碱+阻燃剂+硅烷偶联剂复合处理后苎麻织物/PLA复合材料的弯曲强度、模量较未处理时分别提高了38.0%、66.8%;且苎麻织物/PLA复合材料60s点火时间的损毁长度为8.25cm,达到了美国DOT/FAA/AR-00/12要求的标准。SEM结果表明:改性处理后苎麻织物/PLA复合材料中纤维与树脂之间的界面结合更好。     

单向竹原纤维表面改性对其增强不饱和聚酯树脂复合材料性能的影响

采用碱处理、碱-偶联剂联合处理对竹原纤维进行表面改性,通过缝合-模压工艺制备了单向连续竹原纤维/不饱和聚酯树脂(BF/UP)复合材料。研究了不同表面改性方法对BF/UP复合材料静态、动态力学性能、吸水性能等的影响,并用SEM、红外光谱等技术研究了改性处理后纤维的表面及复合材料界面结合情况。结果表明:经过不同表面处理后BF/UP复合材料的性能均有所改善。当采用5wt%碱-3wt%偶联剂联合处理时,BF/UP复合材料综合性能最优,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、剪切强度较未处理的分别提高了34.29%、15.95%、11.26%、29.39%;复合材料存储模量(33℃)较未处理的提高了63.80%,损耗因子有所降低;BF/UP复合材料24h、720h吸水率较未处理的分别减小了55.35%、27.32%。SEM和红外光谱结果表明,改性处理后竹原纤维表面杂质减少,附着了一层偶联剂膜,BF/UP复合材料中纤维与树脂之间的界面结合更好。     

改性芳纶纤维增强木粉/高密度聚乙烯复合材料的力学性能

采用螺杆挤出机研究了添加连续芳纶纤维增强木粉/高密度聚乙烯（CAF-WF/HDPE）复合材料,为改善CAF与WF/HDPE复合材料界面相容性,分别采用磷酸和硅烷偶联剂处理纤维。对比表面处理前后的CAF形态分析显示,经过处理的CAF表面粗糙度增加;采用磷酸和硅烷偶联剂处理,纤维束从基体中的拔出强度分别提高了94.9%和77.6%,表明处理后的CAF与WF/HDPE复合材料的界面结合强度有所提高。对比WF/HDPE复合材料,在挤出成型过程中加入未处理CAF,CAF-WF/HDPE复合材料拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了32.1%、35.1%、515.1%;CAF采用硅烷偶联剂处理后,CAF-WF/HDPE复合材料对应的力学性能分别提高了42.0%、37.4%、550.2%。动态力学分析表明:表面处理后CAF与WF/HDPE复合材料的界面相容性得到改善。      

Surface Modification of Aramid Fibres with Graphene Oxide for Interface Improvement in Composites

A novel method of biomimetic surface modification was used for aramid fibres aiming to enhance the interface properties between epoxy resin and the modified aramid fibre. Inspired by the composition of adhesive proteins in mussels, a thin layer of poly(dopamine) (PDA) was self-polymerized onto the surface of the aramid fibre. The graphene oxide (GO) was then grafted on the surface of PDA-coated aramid fibres. The microstructure and chemical characteristics of the pristine and modified fibres were characterised using Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), indicating successful grafting of GO on the PDA-coated aramid fibres. Single fibre tensile test and microbond test were carried out to evaluate the mechanical properties of the modified fibres. It was found that the fibre surface modification improved the interfacial shear strength by 210% and the fibre tensile strength was protected by GO-PDA coating.     

偶联剂处理镀镍碳纤维/环氧树脂界面特性

采用硅烷偶联剂KH560对镀镍碳纤维进行偶联处理。通过扫描电镜、 红外光谱、 接触角测量和单丝复合体系多次断裂法测试研究对比偶联处理前后碳纤维的表面形貌、 结构、 润湿性能以及纤维/树脂体系的界面状态和粘结性能。结果显示: 偶联处理后, 镍镀层表面平整, 羟基等表面极性基团增加, 表面涂覆的KH560膜层完整; 镀镍碳纤维/树脂界面的浸润性得到改善; 镀镍碳纤维/环氧树脂的界面处没有气泡产生, 断点两侧的脱粘现象减轻; 单丝饱和断点数由46增加到65; 镀镍碳纤维/环氧树脂的界面剪切强度由(34.87±2.23)MPa提高到(72.51±3.77)MPa。     

柔性非织造布和玻璃纤维布叠层热压制备玻璃纤维布/聚苯硫醚复合板材

为改善玻璃纤维增强聚苯硫醚（PPS）复合板材的力学性能,分别以柔性的玻璃纤维布和PPS非织造布作为增强体和基体,采用叠层热压成型法制备出刚性的复合板材,采用力学性能测试、XRD、PLM、SEM研究了热压温度、热压时间、玻璃纤维含量和处理玻璃纤维布的硅烷偶联剂种类对复合板材的力学性能、结晶度、结晶形态和微观形貌的影响。结果表明,在无硅烷偶联剂处理玻璃纤维布时,控制热压温度为320℃,热压时间为30 min,压力为30 MPa,玻璃纤维质量分数为50%,复合板材的拉伸强度和弯曲强度最佳,分别为286.0 MPa和175.0 MPa,缺口冲击强度达到61.6 MPa。使用硅烷偶联剂KH560处理玻璃纤维布,在最佳成型工艺条件下,复合板材力学性能改善最明显,其弯曲强度为394.9 MPa,弯曲模量为23.6 GPa,层间剪切强度为16.4 MPa,缺口冲击强度为81.0 MPa。通过优化实验条件和使用硅烷偶联剂处理玻璃纤维表面,复合板材的力学性能得到了明显提高。     

硅烷偶联剂对集料表面改性的制备及性能表征

利用硅烷偶联剂对集料进行表面改性,使其与集料发生水解和固化反应。基于表面能理论、红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)等微观分析手段对改性前后的集料进行表征,通过直接拉伸、水煮法、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验等宏观手段对改性前后的集料性能进行验证。结果表明硅烷偶联剂表面改性后的集料接触角减小,由原来的亲水性变为亲油性;红外光谱(FTIR)发现硅烷偶联剂与集料之间产生了Si—O—C、Si—O—Si共价键和氢键;扫描电镜(SEM)观测到集料表面形成了一层聚硅氧烷偶联层薄膜,表明集料表面已引入了硅烷偶联剂中的亲油基团;浸水前后表面改性的集料比原集料抗拉强度损失率下降了42.2%;集料与沥青之间的粘附性等级可达到5级,沥青混合料残留稳定度提升11.54%,冻融劈裂强度比提升39.26%。说明了硅烷偶联剂成功对集料进行表面改性,并改善了集料的表面性能。     

酸刻蚀对玄武岩纤维表面偶联剂吸附量及纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

纤维与树脂的复合需要有一个良好的界面相,以便能将载荷从基体有效地传递给增强纤维,纤维表面改性处理是达到这一要求的主要方法。采用盐酸刻蚀法对玄武岩纤维（BF）表面进行处理,讨论了酸刻蚀对纤维单丝拉伸性能、表面硅烷偶联剂吸附量的影响以及盐酸浓度对BF/环氧树脂复合材料力学性能的影响。结果表明：纤维的单丝拉伸强度随着盐酸浓度的升高呈加速下降趋势;1 mol/L盐酸处理后的纤维表面对硅烷偶联剂KH550的吸附量最大;1 mol/L盐酸刻蚀后再经硅烷偶联剂KH550处理的纤维制成的BF-KH550/环氧树脂复合材料的弯曲性能、拉伸性能和层间剪切强度最优。