碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的制备与性能表征

为制备低电阻率的尼龙66基复合材料,以碳纤维和镍粉(Ni)填充尼龙66制备碳纤维-Ni/尼龙66高导电复合材料。研究填料表面改性和含量对碳纤维-Ni/尼龙66复合材料导电性能和力学性能的影响。结果表明:KH550改性碳纤维和Ni有助于降低碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率。碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率随着碳纤维和Ni含量的增加而减小,且碳纤维和Ni填充尼龙66的导电逾渗阈值均为20wt%,此时制备的碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的电阻率为455Ω·cm,熔融温度为202.2℃。碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度随着碳纤维或Ni含量的增加而先增大后减小。当Ni含量为20wt%时,碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度在碳纤维含量分别为20wt%和10wt%时达到最大值,分别为98MPa和70 MPa;当碳纤维含量为20wt%时,碳纤维-Ni/尼龙66复合材料的弯曲强度和拉伸强度则在Ni含量为30wt%和20wt%时达到最大值,分别为120 MPa和67 MPa。     

碳纤维增强共聚酰胺6-66复合材料的制备及性能

通过两段式聚合法制备共聚酰胺PA6-66,然后采用熔融共混得到碳纤维增强PA6-66复合材料(CF/PA6-66).对复合材料的断面形貌、热性能、结晶性能、非等温结晶动力学、熔体流变性、力学性能和动态力学性能进行了分析.差示扫描量热(DSC)和热重分析结果表明,CF/PA6-66复合材料的熔点约为190℃,分解温度在376℃以上.DSC和X射线衍射分析表明,CF的加入加快了聚合物的结晶速率,促进γ晶型的形成.力学性能和熔体流变性能测试结果表明,随着CF含量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度与缺口冲击强度均先升高后降低,当CF含量为20％时,CF/PA6-66复合材料的拉伸强度与弯曲强度分别为95.54 MPa和121.42 MPa,相比纯PA6-66分别提升了82.26％和81.17％,同时其黏流活化能仅为35.43 kJ/mol.     

短切碳纤维增强尼龙66复合材料注塑成型工艺模拟

采用毛细管流变仪和自制小型模具,对不同质量分数的短切碳纤维增强尼龙66(CF/PA66)复合材料颗粒进行了熔体流动性能分析和注塑成型工艺模拟,实现少量原料快速模拟CF/PA66的注塑成型工艺参数。研究表明:短切CF/PA66复合材料的熔体属于幂律流体,熔体黏度随温度、压力和CF质量分数变化显著,当温度和压力升高到临界值后熔体流变特性从假塑性区进入牛顿区;随着CF质量分数的增加,CF/PA66复合材料适宜成型温度提高。实验中PA66、CF质量分数为10wt%和20wt%的CF/PA66三种颗粒的适宜成型温度分别为278~285℃、280~287℃、290~298℃,通过对熔体进行Bagley压力校正,三种颗粒适宜成型的最小注塑压力分别为24.3MPa、29.4MPa、35.1MPa;将流变仪模拟所得参数应用于注塑成型工艺,所得样品的拉伸强度与流变仪制备的试样非常接近,进一步说明了毛细管流变仪模拟CF/PA66注塑成型过程的可行性和有效性,为其注塑成型工艺条件提供了理论依据。     

酰胺链硅烷界面结合剂对尼龙66/玻纤复合材料性能的影响

采用熔融挤出共混制备了尼龙66(PA66)/玻璃纤维(GF)复合材料,比较了常用硅烷偶联剂KH550与不同有机酸封端的酰胺链硅烷界面结合剂(ASI)对复合材料的力学性能、动态力学性能及界面层结构的影响,探究了复合材料中界面层形成的机理。结果表明,ASI与玻纤表面反应发生了化学反应,ASI添加量为1.5%时,对PA66/GF复合材料的力学性能改善效果最明显,其中,以对苯二甲酸封端,相对分子质量为2000左右的PTA-ASI使PA66/GF复合材料的界面能力提升最高,拉伸强度提高了54.8%,复合材料的综合性能提高最为显著。     

改性椰纤维增强聚乳酸复合材料力学性能

目的添加适量椰纤维(CF)改善聚乳酸(PLA)的力学性能,以适应产品的包装。方法采用熔融共混法制备不同CF含量的CF/PLA复合材料。通过力学性能测试、扫描电子显微镜观察和动态热力学性能测试,探讨添加不同含量的碱洗CF对复合材料力学性能的影响。结果与纯PLA相比,复合材料的拉伸强度降低,冲击强度增大,储能模量增大,玻璃化转变温度降低。当碱洗CF质量分数为3%时,复合材料的冲击强度比纯PLA增加了24%。结论添加CF有利于提高复合材料的力学性能,碱液浸泡更有利于改善CF和PLA基体的界面相容性。     

PA66/PA6I6T共混物非等温结晶动力学及性能

将PA66与PA6I6T以不同配比进行熔融共混,通过差示扫描量热分析对所制备的尼龙66 (PA66)与半芳香尼龙(PA6I6T)共混物在不同降温速率下的非等温结晶行为进行了研究。利用Jeziorny法及Mo方法对共混物的非等温结晶动力学数据进行了分析,并采用Kissinger方法计算了共混体系的结晶活化能;考察了PA6I6T含量对共混物力学性能、耐热性及加工流动性的影响。研究发现,PA66与PA6I6T具有良好的相容性,少量的PA6I6T会促进PA66的结晶,随着PA6I6T含量的进一步增加,PA66的结晶速率及结晶度呈下降趋势,PA66的结晶活化能的绝对值随PA6I6T含量的增加表现为先增大后减小。共混物的拉伸强度和冲击强度随PA6I6T含量的增加而增加,其中拉伸强度在PA6I6T达到一定含量后趋于平缓。PA6I6T的引入提高了共混物的耐热性和热稳定性,但加工流动性较纯PA66材料有一定程度降低。     

改性碳纤维增强尼龙6复合材料的制备及性能

通过硝酸酸化处理及尼龙溶液浸渍上浆处理对碳纤维(CF)进行表面改性,制备高强度、高模量,同时具有低熔指和优异加工性能的CF增强尼龙6(PA6)复合材料。采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和熔融指数仪等方法,对复合材料的微观结构、力学性能和结晶行为进行测试和表征。结果表明,经过PA6溶液浸渍上浆处理后的CF表面形成了一层PA6薄膜覆盖层,大大增强了CF与PA6基体的结合力,改善了CF的分散性,提升了复合材料整体的强度与模量,改性CF加入量为8%(质量分数)时复合材料拉伸强度提升80.8%,弹性模量提升513.9%。进一步对复合材料结晶行为的分析表明,改性CF的加入能够促进PA6由γ晶型向更稳定的α晶型转变,提高其结晶温度及结晶速率,使复合材料的结晶更加均匀、完善,从而提高体系黏度,降低复合材料熔融指数,显著提升了复合材料的加工性能。     

膨胀石墨-碳纤维/尼龙三元导热复合材料制备

以尼龙6（PA6）为基体,膨胀石墨（EG）和碳纤维（CF）作为导热填料,采用熔融共混法制备了EG/PA6、CF/PA6和CF-EG/PA6导热复合材料。重点研究当固定导热填料（CF和EG）填充量为40wt%时,CF与EG不同的填充比例对CF与EG的接触方式及CF-EG/PA6复合材料的导热性和力学性能的影响。结果表明,相比单一CF填充,EG的加入有利于CF-EG/PA6复合材料热导率的增加;CF:EG质量比是25:15时的EG-CF/PA6三元复合材料,热导率可以达到2.554 W/（m·K）,是PA6的8倍,拉伸强度提高了125.34%,弯曲强度提高了119.8%,同时具有优异的耐热性。SEM结果表明,纤维状CF与蠕虫状EG片层在适当的填充比例下可以形成"面接触"的三维网络结构,这种三维网络结构不仅显著增大EG-CF/PA6复合材料的热导率,而且明显提高了其力学性能和耐热性能。为研制填充型导热高分子材料提供了一条新思路。      

改性尼龙66初生纤维的制备及性能研究

采用PP-g-MAH与PA66进行共混改性,通过双螺杆挤出机制备改性尼龙66粒料,熔融纺丝后制备初生纤维。研究PP-g-MAH含量对共混物料流动性能,初生纤维热性能和拉伸性能的影响。研究结果表明,随着PP-g-MAH含量的增加,PA66/PP-g-MAH共混物样品的熔体流动速率逐渐减小,流动性变差;初生纤维的结晶度(Wc),熔点(Tm)和断裂强度先增大后减小。当PP-g-MAH含量为10%(质量分数,下同)时,结晶度,熔点和断裂强度达均达到最大值。其中结晶度为37.8%,熔点为263.87℃,断裂强度为4.31CN/dtex。     

制备工艺对HA/PA66复合材料组织结构与性能的影响

采用熔融共混和溶胶共混工艺制备了羟基磷灰石/尼龙66(HA/PA66)复合材料,对两种工艺制备的HA/PA66复合材料的微观组织结构、力学性能及生物活性进行了对比研究。结果表明,溶胶共混工艺制备的HA/PA66复合材料中HA颗粒分散的均匀程度及界面结合强度均优于熔融共混工艺,但由于溶胶复合制备过程中PA66溶解以及复合过程中HA与PA66基体之间的氢键作用限制了PA66分子的有序排列,造成复合材料的结晶度低于熔融共混工艺制备的HA/PA66复合材料的结晶度,力学强度(35MPa)也低于熔融共混工艺制备的复合材料的力学强度(41MPa)。两种方式制备的HA/PA66复合材料模拟体液浸泡后都表现出了良好的生物活性。     

表面改性对纳米蒙脱土/聚酰胺6-66复合材料性能的影响

选取三种不同的纳米蒙脱土（nMMT）（分别为钠基蒙脱土（Na-MMT）、氨基酸改性nMMT（OMMT-A）和CH₃（CH₂）₁₇N（CH₃）[（CH₂CH₂OH）₂]+改性nMMT（OMMT-B））,通过熔融共混法制备了不同改性的纳米蒙脱土/聚酰胺6-66（nMMT/PA6-66）复合材料,研究了不同表面改性对nMMT/PA6-66复合材料的结晶、流变和力学等性能的影响。结果表明,nMMT的加入促进了nMMT/PA6-66复合材料中γ晶的形成,提高了复合材料的结晶温度,但加入OMMT-B后OMMT-B/PA6-66复合材料的异相成核作用效率有一定程度减弱;同时,OMMT-B能更好地改善PA6-66的储能模量,提高PA6-66的流动性。力学性能测试表明,nMMT提高了nMMT/PA6-66复合材料的强度,降低了复合材料的韧性,但效果不同。其中,加入OMMT-B后OMMT-B/PA6-66复合材料的韧性几乎保持不变,拉伸强度和弯曲强度相对于纯PA6-66分别提高了26%和28%,表现出最佳的综合力学性能。综合研究结果表明,不同表面改性nMMT对PA6-66性能的影响主要取决于改性剂和PA6-66分子链之间相互作用的强弱。      

有机蒙脱土改性超支化聚酰胺6的制备与表征

以枝化剂为超支化聚酰胺6（PA6）的引发剂,配以含有端羧基官能团的有机改性剂改性的有机蒙脱土（O-MMT）,经原位开环接枝聚合制备了O-MMT/超支化PA6复合材料。通过FTIR和TEM表征了超支化PA6与O-MMT的接枝情况以及O-MMT在基体中的分散形态。研究了O-MMT对超支化PA6结晶性能、熔体流动性能和力学性能的影响。结果表明:O-MMT呈剥离态和插层态分散于超支化PA6基体中,且与PA6分子链段产生化学键合,形成网络交联结构。网络交联结构使O-MMT/超支化PA6复合材料与超支化PA6相比熔体流动指数急剧下降。另外,O-MMT使超支化PA6的α晶型消失,且使仅有γ晶型的超支化PA6的结晶度降低。但随O-MMT 含量增加,O-MMT/超支化PA6复合材料的强度逐步提高,拉伸强度从38.4 MPa提高至60.8 MPa。复合材料的韧性也得到大幅度提高,断裂伸长率从2.1%提高至70.1%,无缺口冲击强度从20.3 kJ/m2急剧提高至291.8 kJ/m2。      

Influence of small scale melt mixing conditions on electrical resistivity of carbon nanotube-polyamide composites

Polyamide 6 (PA6) and polyamide 6.6 (PA66) were filled with multiwalled carbon nanotubes (MWNT) using small scale melt mixing under variation of processing conditions, including temperature, rotation speed, and mixing time. In PA66 an electrical percolation threshold of 1 wt% MWNT was found which is lower than that of PA6 at 2.5–4 wt%. In both cases mixing conditions influenced strongly the dispersion and distribution of CNT and the electrical volume resistivity, whereas crystallisation behaviour was only slightly changed. With increasing mixing energy input remaining agglomerates were less in number and smaller, leading to better dispersion. On the other hand, in samples containing 5 wt% MWNT in PA6 electrical volume resistivity showed a minimum at a quite low energy input and then increased considerably with further input of mixing energy. This increase may be related to MWNT breaking during mixing and encapsulation of MWNT by the polyamide chains.     

CFRPA1010等速降温结晶动力学的研究

将等温Ａｖｒａｍｉ方程推广应用于等速降温的非等温结晶过程，用ＤＳＣ法研究了ＣＦＲＰＡ１０１０的等速降温结晶行为和结晶动力学。结果表明，用此方法得到的动力学参数与文献报导的等温法结果有良好的一致性；ＣＦＲＰＡ１０１０中的ＣＦ使基体的结晶温度明显提高，使结晶峰呈不对称形态，结晶温度范围变窄。其结晶行为和动力学参数ｎ、ｋ、ｔ１／２等结果显示，ＣＦ具有诱导基体结晶作用，影响了ＰＡ１０１０结晶的成核和生长机     

Preparation, characterisation and processing of carbon fibre/polyamide-12 composites for selective laser sintering

Aiming at developing carbon fibre/polyamide-12 (CF/PA) composite powders for manufacturing high-performance components by selective laser sintering (SLS), the preparation, characteristics and sintering process of the composite powders and mechanical properties of sintered components were studied. Surfaces of the carbon fibres were treated by the oxidation modification and coated with polyamide-12 through the dissolution-precipitation process to provide good interfacial adhesion and homogenous dispersion within the polyamide-12 matrix. The particle size and micro-morphology analyses show that the CF/PA composite powders with 30 wt%, 40 wt% and 50 wt% carbon fibres present the suitable powder sizes and format for SLS. The incorporation of carbon fibres into the polyamide-12 matrix decreases the initial melting temperature and consequently lowers the SLS part bed temperatures, implying lower energy requirement and less thermal degradation in the sintering process. The CF/PA composites also represent higher thermal stability than the pure polyamide-12. The CF/PA sintered components with 30 wt%, 40 wt% and 50 wt% carbon fibres exhibit the greatly enhanced flexural strengths by 44.5%, 83.3%, 114%, and the flexural modulus by 93.4%, 129.4%, 243.4%, respectively, as compared with the pure polyamide-12 sintered parts. Fractured surface analysis shows that the carbon fibres are encapsulated and bonded well with the polyamide matrix. The complex SLS parts with the thinnest wall of 0.6 mm, the density of 1.09 ± 0.02 g/cm³ and the relatively density of 94.13 ± 1.72% were manufactured using the CF/PA composite powder with 30 wt% carbon fibres. This study demonstrates that the CF/PA composite powders prepared by the surface treatment and dissolution-precipitation method represent suitable interfacial adhesion, filler dispersion, particle sizes and sintering behaviours for SLS and enable the manufacture of complex components with high performance.     

纳米SiO2/尼龙66复合材料的力学性能和热性能

采用熔融共混的方法在双螺杆挤出机上制备出纳米SiO₂/尼龙66复合材料,并对其力学性能和热性能进行了研究。结果表明：复合材料的拉伸强度和弹性模量随纳米SiO₂含量的增加而提高。当SiO₂质量分数为3％时,复合材料的拉伸强度达到最大,增幅为11.2％;当SiO₂质量分数为5％时,弹性模量达到最大, 增幅为30.1％。复合材料的储能模量和玻璃化转变温度较纯尼龙66也有明显提高。差示扫描量热法（DSC）分析显示,纳米SiO₂的加入一方面阻碍了尼龙66的结晶过程,降低了材料的结晶温度;另一方面它又能作为形核剂,增加尼龙66的形核位置,提高形核率。