取向PAN/MWCNTs与热塑性聚烯烃复合材料的制备及表征

利用静电纺丝并借助高速旋转的滚筒和热牵引作用制备不同取向度的聚丙烯腈/碳纳米管（PAN/MWCNTs）纳米纤维膜,通过高速滚筒和热牵引提高PAN的结晶度从而提高材料的拉伸强度和弹性模量,但会降低断裂伸长率;MWCNTs含量为0.5 %（质量分数,下同）时PAN/MWCNTs力学性能最佳。利用浸渍法将各种取向度的PAN/MWCNTs纳米纤维膜与热塑性弹性体（POE）制备成一系列POE/PAN/MWCNTs复合材料（POE/PM）。结果表明,高取向度POE/h?P2M复合材料的拉伸强度比不取向POE/u?PME复合材料高71 %,拉伸强度显著提高,断裂伸长率则减小,PAN/MWCNTs纳米纤维膜含量为6.7 %时,复合材料的力学性能最佳。     

玻璃纤维布/苎麻纤维布混杂增强不饱和聚酯树脂的研究

采用玻璃纤维布与苎麻纤维布混杂增强不饱和聚酯(UP)树脂制备复合材料,研究玻纤布与苎麻布的相对比例及偶联剂处理对复合材料力学性能的影响,研究了不同复合材料的吸水性并与玻璃纤维复合材料和苎麻纤维复合材料二者进行了比较。结果表明,混杂纤维增强复合材料的拉伸强度、拉伸模量随混杂纤维中苎麻布含量的增加而下降,弯曲强度及弯曲模量在混杂纤维中苎麻布与玻纤布的比例为10∶20和15∶15时分别达到最大值188.09 MPa和1.56 GPa;所有偶联剂处理均可明显改善复合材料的拉伸模量及弯曲模量,硅烷类偶联剂的效果更佳,NDZ401可使复合材料的拉伸强度得到最大幅度(37.66%)的提高,而KH570及NDZ401对改善弯曲强度效果最佳;复合材料吸水后,厚度变化率大于宽度变化率,温度升高,复合材料吸水后尺寸变化率及吸水率均增大,混杂纤维复合材料的吸水率与玻纤布复合材料的吸水率相近,远低于苎麻布复合材料的吸水率。     

芳纶/碳纤维混杂机织复合材料的力学性能研究

分别以芳纶和碳纤维(CF)为经、纬向纱,采用小样织机制备了不同经纬密度的芳纶/CF混杂平纹织物;以环氧树脂为基体,采用真空辅助树脂转移成形方法制备芳纶/CF混杂织物增强复合材料(简称复合材料);分析了复合材料的力学性能。结果表明:在经向纱(简称经纱)、纬向纱(简称纬纱)的纤维种类分别相同时,复合材料的弯曲强度随经向密度增大而增大;以芳纶为经纱时,复合材料的弯曲模量和拉伸模量随着经纱的密度增大而减小,而复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随着经纱密度的增大而增大;以CF为经纱时,复合材料的弯曲模量随着经纱密度的增大而增大,且弯曲强度和弯曲模量均高于以芳纶为经纱时的复合材料。     

聚烯烃弹性体对剑麻纤维增强聚丙烯复合材料性能的影响

为提高剑麻(SF)增强聚丙烯(PP)复合材料的韧性,分别采取乙烯-辛烯共聚物(POE)和马来酸酐接枝POE(POE-g-MAH)二种弹性体对其进行增韧改性;研究了弹性体和纤维用量的变化对SF/PP/弹性体三元复合体系力学性能的影响及其内在原因。结果表明:POE和POE-g-MAH对剑麻增强聚丙烯复合材料均有良好的增韧效果;仅从增韧效果而言,在弹性体用量较低阶段POE优于POE-g-MAH,但当弹性体增至30%以后,POE-g-MAH则好于POE;在拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度及弯曲模量方面,POE-g-MAH均比POE效果更好。     

聚甲醛纤维的制备及其力学性能研究

采用双螺杆熔融纺丝制得聚甲醛(POM)卷绕丝,通过水浴拉伸卷绕制得聚甲醛纤维。利用声速取向测试仪研究了拉伸对纤维取向的影响;利用纤维强度仪测量了纤维的力学性能,研究了拉伸温度、热定形条件、酸碱性环境对纤维力学性能的影响。结果表明:拉伸倍数增大,POM纤维的取向度、断裂强度、模量增大,断裂伸长率减小;控制水浴拉伸温度在80~95℃为宜;紧张热定形有利于提高纤维力学性能。制得的聚甲醛纤维耐碱性优良,有一定的耐酸性能。     

PLA/Lyocell纤维复合材料结构与性能研究

以聚乳酸(PLA)为基体,新型纤维素纤维Lyocell纤维为增强材料,通过熔融共混及注塑成型制备了PLA/Lyocell纤维可生物降解复合材料,并采用扫描电镜(SEM)、力学性能测试、差示扫描量热法(DSC)和维卡软化温度测试等手段,探讨了Lyocell纤维含量对复合材料结构和性能的影响。结果表明:随着Lyocell纤维含量的增加,PLA/Lyocell纤维复合材料的结晶度、弯曲模量和维卡软化温度均随之提高,而拉伸强度和冲击强度则呈现先上升后下降的趋势。其中当Lyocell纤维含量达到6%时,其在复合材料中的分布较为均匀,所对应复合材料的力学性能相对较好,其拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲模量比纯PLA分别提高了15.3%、12.3%和13.0%。     

碳纳米管-聚酰胺纤维改性邻甲酚醛环氧树脂

多壁碳纳米管(MWCNTs) 经酸化处理后与聚酰胺66（PA66)共纺制备MWCNTs-PA66纳米纤维膜后与邻甲酚醛环氧树脂（o-CFER）进行复合固化,制备了o-CFER/MWCNTs-PA66复合材料,并对其微观结构、力学性能和热性能进行了研究。结果表明,酸化MWCNTs表面引入了含氧基团,使PA66纤维膜的直径增大;o-CFER/MWCNTs-PA66复合材料的冲击强度、拉伸强度随MWCNTs含量的增加先增大后降低;当MWCNTs含量为0.5 %（质量分数,以PA66质量为基准）时,冲击强度和拉伸强度均达到最大值分别为0.29 kJ/m2和1.96 MPa,冲击强度较o-CFER树脂提高了23.2 %,较o-CFER/PA66复合材料提高了16.3 %,拉伸强度较纯o-CFER树脂提高了74 %;MWCNTs-PA66复合纤维膜能够提高o-CFER的耐热性。     

PP/POE/CaCO_3复合材料的性能研究

采用熔融共混工艺制备了聚丙烯/聚烯烃弹性体/碳酸钙(PP/POE/CaCO3)复合材料,研究了POE及CaCO3用量对复合材料力学性能、流变性能及热性能的影响。结果表明:随着POE含量的增加,复合材料的冲击强度显著增大,当POE含量为12%时,冲击强度较纯PP增加233%;同时拉伸强度随POE含量的增加缓慢下降。随着CaCO3含量增加,冲击强度先增加后缓慢下降。     

热氧老化对PBO纤维复合材料力学性能的影响

采用人工加速老化试验方法研究了热氧老化对PBO纤维复合材料力学性能的影响。利用材料万能试验机研究了PBO纤维复合材料的拉伸、弯曲和剪切等静态力学性能随热氧老化时间的变化情况,结果表明,经过在60℃热氧老化不同时间后,PBO纤维复合材料的拉伸强度变化较小,弯曲强度和层间剪切强度出现了一定程度的下降,最大降幅分别为8.8%和11.7%,拉伸模量和弯曲模量增大。采用DMA研究了热氧老化时间对PBO纤维复合材料动态力学性能的影响,结果表明,热氧老化使得PBO纤维复合材料的耐热性提高,贮能模量下降,随着老化时间逐渐增加,E″逐渐向高温方向移动。     

苎麻增强UP树脂复合材料的研究

以邻苯型不饱和聚酯(UP)树脂为基体、以苎麻布为增强材料,在室温条件下模压成型制备苎麻布／UP树脂复合材料,利用同时热分析仪STA研究了该复合材料的耐热性能,并将其力学性能与纯UP树脂浇铸体的相应性能进行了对比研究。结果表明：苎麻／UP树脂复合材料的耐热性能较纯UP树脂浇铸体有所提高;其拉伸强度及拉伸模量、弯曲强度及弯曲模量、冲击强度等各项力学性能指标均明显优于纯UP树脂浇铸体。     

高模量高抗冲聚丙烯复合材料的制备及性能研究

通过熔融共混法研究了乙烯-辛烯共聚物(POE)、滑石粉和高密度聚乙烯(PE-HD)的含量对高模量、高抗冲聚丙烯(PP)复合材料力学性能、结晶行为、热分解行为以及相态的影响。结果表明,PP与POE的黏度比越小,PP/POE复合材料的韧性越好;当PP/POE/滑石粉/PE-HD复合材料的质量比为13/4/12/3时,综合力学性能最佳;相比纯PP,复合材料的弯曲模量提高了60.1%,缺口冲击强度提高了435.9%,拉伸强度和弯曲强度分别降低了27.4%和17.4%;PE-HD能够增强PP与POE的界面相互作用,提高复合材料的韧性;加入滑石粉和PE-HD均可提高复合材料的起始分解温度以及最大热失重速率温度,提高了复合材料的热稳定性。     

热拉伸处理温度对PPTA纤维结晶和力学性能的影响

为提高国产聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维的拉伸模量，采用热拉伸法在不同温度下对PPTA纤维进行处理，利用纤维强伸度仪、乌氏黏度计、X射线散射仪对纤维进行测试，研究热拉伸处理温度对纤维结晶性能和力学性能的影响。结果表明：随着热处理温度的升高，PPTA纤维的拉伸强度降低，模量先增大后减小，在440～480℃时综合力学性能较好；PPTA纤维的结晶度与模量变化趋势相似，在拉伸温度为500℃时结晶度最大为74.0%;与未处理PPTA纤维相比，热拉伸处理后纤维的晶粒尺寸增大，取向度提高；比浓对数黏度与拉伸强度的变化趋势一致，随着热处理温度的升高而降低。     

芳纶1414增强ABS复合材料的性能研究

用短切芳纶1414(PPTA)对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)树脂进行增强改性,利用扫描电镜、热失重分析和力学性能测试等方法分析了ABS/PPTA复合材料的断面形态结构、热性能和力学性能。结果表明:当PPTA用量为5份时,ABS/PPTA复合材料的拉伸强度和拉伸模量分别比纯ABS树脂提高了11%和29%,弯曲强度和弯曲模量分别增至78.8MPa和2.9GPa;PPTA可增强ABS树脂在高温时的热稳定性,降低最大失重速率并,提高残炭量。     

重力效应对VARTM工艺中树脂充模过程的影响

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备了环氧树脂/亚麻纤维复合材料层合板,记录了树脂在不同树脂流动倾角下的充模时间。通过对层合板进行拉伸、弯曲性能测试,研究了树脂流动倾角对复合材料层合板力学性能的影响。结果表明,在VARTM工艺过程中重力效应对树脂充模时间和层合板力学性能有显著影响;充模时间随着树脂流动倾角的增大(从–90°至90°)而增加;复合材料层合板的拉伸强度、拉伸弹性模量、弯曲强度、弯曲弹性模量等均随树脂流动倾角的增大而增大,树脂流动倾角对弯曲强度的影响最大,且对强度的影响高于模量。由于树脂流动倾角影响了树脂与亚麻纤维的结合情况,导致树脂流动倾角为–90°和90°的复合材料层合板在拉伸与弯曲失效时拥有不同的失效形式。     

POE和mPE增韧木塑复合材料的研究

采用废木粉填充高密度聚乙烯制备木塑复合材料,采用茂金属聚乙烯(mPE)和乙烯-辛烯共聚物(POE)对复合材料进行增韧,并阐述了它们的增韧机理,讨论了增韧剂用量对复合材料的力学性能如拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度和硬度的影响,综合评价了两种冲击改性剂的增韧效果。研究结果表明:两者对高密度聚乙烯基木塑复合材料均有良好的增韧效果。单就增韧效果而言,POE优于mPE,但在其他性能如拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、硬度以及耐热性等方面,mPE明显优于POE。     

PP/nano-CaCO_3/POE复合材料性能研究

采用熔融共混法制备了PP/nano-CaCO3/POE复合材料,分别研究了nano-CaCO3和POE的加入量对复合材料力学性能的影响。结果表明:随着nano-CaCO3用量的增加,复合材料的冲击强度和拉伸强度均呈现出先增加后降低的趋势,弯曲模量呈增加趋势;随着POE用量的增加,复合材料的冲击强度先显著增加而后稍有降低,拉伸强度和弯曲模量均呈下降趋势。     

晶须与滑石粉填充改性聚丙烯材料的性能研究

以聚丙烯(PP)为基料,聚烯烃弹性体(POE)为增韧剂,滑石粉和碱式硫酸镁晶须为增强填料,制备了PP/POE/滑石粉复合材料和PP/POE/晶须复合材料,研究了滑石粉和晶须的含量对密度、弯曲模量、缺口冲击强度、收缩率和热变形温度的影响。结果表明:PP/POE/晶须复合材料的弯曲模量和热变形温度均高于PP/POE/滑石粉复合材料的,而收缩率更低;PP/POE/晶须复合材料的缺口冲击强度低于PP/POE/滑石粉复合材料的。综合材料的拉伸性能和弯曲性能,PP/POE/晶须复合材料中POE最适合的质量份为10。     

建筑增强用聚丙烯腈纤维的耐海水腐蚀性研究

模拟混凝土应用的海洋环境,在常温(25℃)、氯化物浓度为5610 mg/L的海水中对建筑增强用聚丙烯腈(PAN)纤维进行浸泡处理,研究建筑增强用PAN纤维的耐海水腐蚀性,并与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)增强纤维和聚丙烯(PP)增强纤维进行对比。结果表明:海水浸泡50 d后,建筑增强用PAN纤维的主要吸收特征峰无明显变化,且无新的吸收特征峰出现,纤维超分子结构变化较小,晶区取向度基本保持不变,结晶度略有增加;海水浸泡50 d后,建筑增强用PAN纤维的拉伸强度为1261 MPa、降幅0.63%,初始模量为18.6 GPa、增幅8.14%,其拉伸强度与PET增强纤维相当、约为PP增强纤维的1.8倍,初始模量约是PET增强纤维的1.4倍、PP增强纤维的3.2倍;建筑增强用PAN纤维、PET增强纤维、PP增强纤维的拉伸强度耐蚀系数分别为99.4%,99.2%,100.0%,建筑增强用PAN纤维的耐海水腐蚀性介于PP增强纤维和PET增强纤维之间,但其在海水中环境中具有优异的模量保持优势,可以更好地提高混凝土在海水环境中的耐受力。     

不饱和聚酯树脂／大麻纤维复合材料的热氧老化

采用模压工艺制备不饱和聚酯(UP)树脂/大麻纤维复合材料,研究了105℃下热氧老化600h前后复合材料力学性能的变化;采用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对老化前后复合材料的结构进行对比分析,并通过SEM技术观察复合材料的断面形貌.结果表明,偶联剂KH570处理对复合材料力学性能的总体改善效果最佳.老化600h后,偶联剂处理复合材料具有的最佳力学性能如拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量及冲击强度分别为19.06MPa、5.78GPa、52.988MPa、1.01GPa和3.881kJ/m2.红外分析显示,偶联剂处理得到的复合材料在老化前后的红外图形变化不明显,有些吸收峰甚至得到了加强.SEM结果表明,老化600h后,偶联剂处理的复合材料中纤维仍能较均匀地分散在树脂基体中,两者间的界面粘结良好.     

国产高强高模PAN基碳纤维预浸料的制备及性能研究

以国产CNI QM55高强高模聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、氰酸酯树脂为原料,利用热熔法制备高强高模PAN基碳纤维预浸料,通过纤维面密度、树脂含量、挥发分含量等来评价预浸料的物理性能,结合单向板的微观形貌与层间剪切强度分析单向板的界面结合性能,并对预浸料铺制单向板的力学性能进行表征。结果表明：CNI QM55碳纤维预浸料的纤维面密度为145 g/m²,树脂质量分数为35.5%,挥发分质量分数为0.164%,预浸料的物理性能满足复合材料的性能要求;以CNI QM55碳纤维预浸料制备的单向板0°拉伸强度为2 429 MPa, 0°拉伸模量为328.4 GPa,弯曲强度为1 171 MPa,弯曲模量为280 GPa,压缩强度为783 MPa,压缩模量为257 GPa,层间剪切强度为65.2 MPa,具有较好的界面黏接性能和力学性能,可满足加工应用要求。