炭化条件对木材苯酚液化物碳纤维性能的影响

以木材苯酚液化物为原料,加入六次甲基四胺熔融纺丝后,经甲醛和盐酸溶液固化处理、炭化后得到木材液化物碳纤维。通过纸框拉伸检测法研究了炭化工艺条件对碳纤维力学性能、炭化率等的影响。结果发现:木材液化物碳纤维的力学性能随着炭化温度和炭化时间的增加而显著提高;随着炭化升温速率的增加而逐渐下降。同时,原料中木材/苯酚比越大,其碳纤维的拉伸强度和拉伸模量增幅比例越大,且直径收缩越小。木材液化物碳纤维在合适的炭化条件下拉伸强度、拉伸模量和炭化率可分别达到1.7 GPa、159 GPa和60%。      

聚芳醚砜醚酮酮及其炭纤维复合材料的力学性能

合成了聚醚砜醚酮酮(PESEKK),研究了纯树脂的热、力学性能。制备了炭纤维和聚醚砜醚酮酮(炭纤维是标准T300)复合材料,着重研究了此新型复合材料的力学性能。结果表明,随着复合材料中PESEKK树脂质量比增加,T300CF/PESEKK复合材料的拉伸强度、弯曲强度、拉伸模量和弯曲模量逐渐增加。其中弯曲强度和弯曲模量增加的幅度比拉伸强度和拉伸模量增加的幅度更大。当PESEKK质量分数为60%左右时,复合材料的综合力学性能达到最佳值。因此聚醚砜醚酮酮可作为增强炭纤维力学性能的基体树脂。     

苯乙烯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物支化改性聚乳酸的结构与性能

以一种苯乙烯-丙烯酸缩水甘油酯共聚物(Joncryl○RADR-4370S)为扩链剂,通过熔融挤出支化改性聚乳酸(PLA),制备了高支化聚乳酸材料,并通过转矩流变仪及毛细管流变仪、GPC、DMA、万能拉伸试验机等研究了不同扩链剂用量对支化改性聚乳酸流变性能、重均相对分子质量及其分布、链结构、动态力学性能和力学性能的影响。结果表明,随着扩链剂含量的增加,支化聚乳酸的平衡扭矩、熔体黏度、重均相对分子质量及其分布(PDI)、拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度先增大后减少,储能模量增大,在四氢呋喃溶剂中的链构象由棒状向线团状、球状演变。扩链剂用量为1.5 phr时,支化聚乳酸的平衡扭矩、重均相对分子质量、拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度均达到最大值,分别为15.80 N·m,1.96×105,89.6 MPa,7.5%和35.0 k J/m2;扩链剂用量为0.9 phr时,支化聚乳酸的相对分子质量分布最宽,为2.04。     

羟基氨基改性硅油阳离子乳液的合成及其在炭纤维原丝油剂中的应用

为制备储存稳定、适合聚丙烯腈基(PAN)炭纤维原丝生产用油剂,利用三步法合成了一种具有自乳化特性的羟基氨基改性硅油(HA-PDMS),并与商业化的环氧改性硅油产品进行复配制备成炭纤维原丝油剂(P-OA)。在PAN生产线上,使用P-OA和日本竹本油剂(J-OA)分别生产上油的PAN原丝P-PAN和J-PAN;对P-PAN和J-PAN进行炭化处理制备相应炭纤维P-CF和J-CF。利用FT-IR和1H-NMR确认HA-PDMS结构;利用激光粒度分析仪、热重分析仪和表面张力仪对P-OA与J-OA进行特性分析;利用摩擦系数仪、毛羽量测试仪、纤维强力仪对上油后的原丝和炭化后的炭纤维进行测试表征和对比分析。结果表明,上油后的P-PAN单丝拉伸强度较J-PAN有所提高;炭化后P-CF较J-CF拉伸强度、拉伸模量均有提高,而毛羽量显著减小。     

苎麻布/聚丙烯复合材料的力学性能

利用聚丙烯及苎麻布作原料、马来酸酐接枝聚丙烯 (MAPP) 作界面增容剂, 采用模压工艺, 在175℃, 5、10、15及20 MPa四种压力下成型复合材料, 研究了MAPP质量分数、苎麻布质量分数及成型压力对复合材料力学性能的影响。复合材料的拉伸强度和弯曲强度在MAPP加入量为 3 %和 5 %时分别达最大值 46.72 MPa和 68. 43 MPa , 较无MAPP的复合材料的强度值分别提高 50. 95 %和 61. 81 %; 拉伸模量及弯曲模量因使用MAPP而增加, 但拉伸断裂伸长率却会下降。随着苎麻布质量分数增加, 复合材料拉伸强度、 拉伸模量、弯曲模量均逐渐增加; 苎麻布质量分数10 %、20 %的复合材料在较低的压力 (5、10 MPa) 下成型时 , 其拉伸强度和弯曲强度值相对更高, 当苎麻布质量分数超过20 %后, 成型压力对力学性能的影响无明显的规律。      

近性能炭纤维力学性能与微观结构的关联性(英文)

炭纤维具有复杂的微观结构,使得不同炭纤维的微观结构和力学性能之间存在差异,特别是相近性能炭纤维之间的差异甚是微妙。本文采用万能材料试验机、X射线衍射、小角散射和拉曼光谱对炭纤维单丝样品进行了力学性能和微观结构的表征。结果表明,除SY300外,相近性能炭纤维的拉伸强度随d002和R的减小而增大,随Lc的增大而增大;对于同种原丝生产工艺的炭纤维,拉伸强度随微孔半径和密度的减小而增大。拉伸强度的离散可用Weibull模数进行表征,随微孔半径的减小而降低。根据实验数据采用Griffith (Irwin)公式估算得到的炭纤维拉伸强度比实测强度大,采用Mathematics和MATLAB软件对拉伸强度和微观结构数据进行了数值模拟,得到拉伸强度的估算公式,经采用其它研究者给出的T300炭纤维微观结构数据验证对比,得到的拉伸强度数据与测试数据相符。     

聚乙二醇增塑醋酸纤维素中空纤维膜的制备与性能

以聚乙二醇为增塑剂,采用熔融纺丝-拉伸法制备了具有海绵状孔结构的二醋酸纤维素(CA)中空纤维均质膜。通过场发射扫面电子显微镜、纯水通量、泡点孔径、孔隙率及力学性能测试讨论了成孔剂含量和拉伸条件对CA中空纤维膜结构和性能的影响。结果表明,随拉伸倍数和成孔剂含量提高,膜内外表面孔径均增大,孔隙率提高,通透性改善。随成孔剂含量提高,中空纤维膜断裂强度和断裂伸长率均降低;随拉伸倍数提高,中空纤维膜断裂强度提高而断裂伸长率降低。当成孔剂含量为55%,拉伸倍数为2.25时,所得膜性能较好,膜纯水通量为186.44 L/(m2·h),断裂强度为5.47MPa,断裂伸长率为5.30%。     

天然多羟基化合物改性聚氨酯纳米水分散液的合成及膜性能表征

以葡萄糖(glucose)为交联扩链剂,采用预聚体分散法,制备了系列不同葡萄糖含量的改性聚氨酯纳米水分散液(GWPU)。研究了葡萄糖用量对GWPU乳液及膜性能的影响。采用FT-IR、DLLS、TEM、XRD、TGA、AFM、水接触角、力学性能测试等手段对聚合物乳液性能及膜结构进行了表征。结果表明,葡萄糖成功嵌入聚氨酯;乳液粒径随葡萄糖用量的增加而增大,分布均匀,呈圆球状;改性后聚氨酯热稳定性提高,为两步分解;葡萄糖的引入使得聚合物的硬段含量、薄膜的粗糙度增加,抗水性增强;改性后产物为非晶态聚合物,分子结构规整性较差但材料柔韧性较好;拉伸强度随葡萄糖用量的增加而增大,而断裂伸长率则降低;吸水率随着葡萄糖用量的增加而降低。当m(glucose)=4%时,拉伸强度、断裂伸长率、吸水率及水接触角分别为16.9MPa、276.5%、5.7%及97.5°。     

纺丝牵伸对PAN基碳纤维原丝性能影响及牵伸工艺研究

对三元聚合、四元聚合和四元氨化聚合三种配方的纺丝液纺丝牵伸工艺进行了研究,利用金相显微镜、电子万能试验机、X射线衍射(XRD)等设备方法表征原丝的微观结构、力学性能和取向度等。结果表明:四元共聚纺丝液的可牵伸性最好,最大牵伸倍率可达12倍,三元次之,四元经氨化后牵伸性明显下降较多。改变牵伸,对原丝断面基本无影响。提高原丝纺丝牵伸倍率,原丝的单丝强度、模量、单丝密度、沸水收缩呈上升趋势,断裂延伸率呈下降趋势。牵伸有利于提高原丝的取向度。水洗→牵伸、牵伸→水洗→牵伸和牵伸→水洗工艺3种纺丝工艺,水洗→牵伸相对可获得性能较好的原丝,炭化后碳纤维强度较高。     

方位角不对称的PAN/CNT复合纤维的晶态结构与性能

通过原位聚合法合成聚丙烯腈(PAN)/碳纳米管(CNT)复合溶液,经过湿法纺丝技术制备了PAN/CNT复合原丝。通过X射线衍射仪,扫描电子显微镜和单丝拉伸仪研究了CNTs对PAN纤维晶态结构及力学性能的影响。结果表明,在方位角扫描图中,随着PAN/CNT复合纤维的制备过程,其双峰的不对称性逐渐增加,其强度比从1.054增加到1.258;复合原丝的结晶度(53.10%)高于PAN原丝的结晶度(51.89%);在赤道扫描图中,PAN/CNT复合原丝的斜方晶系200晶面峰比PAN原丝明显,且晶粒尺寸高于PAN原丝;复合原丝的断面形貌出现更多的微纤结构,且比PAN原丝具有更高的拉伸模量。     

Vetiver–polypropylene composites: Physical and mechanical properties

Injection molded vetiver–polypropylene (PP) composites at various ratios of vetiver content and vetiver length were prepared. When compared to PP, vetiver–PP composites exhibited higher tensile strength and Young’s modulus but lower elongation at break and impact strength. An increase in vetiver content led to an increase in viscosity, heat distortion temperature, crystallization temperature, and Young’s modulus of the composites. On the other hand, the decomposition temperature, tensile strength, elongation at break, and impact strength decreased with increasing vetiver content. The chemical treatment of the vetiver grass improved the mechanical properties of the composites.     

可食性干酪包装膜的制备及性能研究

目的研究酪蛋白酸钠、壳聚糖、甘油添加量对可食膜性能的影响。方法以酪蛋白酸钠和壳聚糖为原料,甘油作为增塑剂,制备可食性干酪包装膜,以膜的水溶性及力学性能为指标,通过单因素及正交试验,确定各成膜成分的最佳配比。结果当用质量分数为5%的酪蛋白酸钠水溶液、质量分数为2%的壳聚糖冰乙酸溶液和质量分数为2%的甘油混合液进行成膜,所得可食膜的综合性能较优,其水溶性为35.8%,断裂伸长率为75.4%,拉伸强度为10.58 MPa,弹性模量为13.47 MPa。结论随着酪蛋白酸钠含量的增加,膜的水溶性变化不大,膜的断裂伸长率先增大后减小,拉伸强度和弹性模量均随之增大;随着壳聚糖含量的增加,膜的水溶性逐渐下降,膜的断裂伸长率、拉伸强度、弹性模量均随之增大;随着甘油含量的增加,膜的水溶性逐渐减小,膜的断裂伸长率逐渐增大,拉伸强度和弹性模量逐渐减小。     

SiO2/环氧树脂基纳米复合材料的室温和低温力学性能

利用溶胶-凝胶法制备了SiO₂/环氧树脂基复合材料,研究了材料的室温与低温(77 K)下的力学性能。结果表明,适量SiO₂的引入提高了室温与低温下材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度,即SiO₂含量在2%时可同时起到增强、增韧作用。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜 (TEM)分别对复合材料的断口形貌和高温焚烧后残留物纳米颗粒进行了观察。还利用动态力学分析(DMA)研究了二氧化硅的引入对复合材料的影响。      

聚醚砜含量对纤维素/聚醚砜中空纤维血液透析膜结构和性能的影响

以离子液体氯代1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMIM]Cl)为溶剂来纺制纤维素/聚醚砜共混中空纤维膜,考察了聚醚砜含量对中空纤维膜结构与性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)对膜内、外表面形态结构进行了观察,测试了中空纤维膜的水通量、截留率等渗透性能,最大拉伸强度、断裂伸长率、杨氏模量等力学性能以及透析性能。结果表明:随着聚醚砜含量的增加,中空纤维膜外表面孔洞结构变大,内表面结构变得更加疏松,膜孔隙率与水通量升高,最大拉伸强度、断裂伸长率、杨氏模量等力学性能则逐渐下降;对尿素的清除效率逐渐提升;对溶菌酶和牛血清白蛋白的清除效率逐渐增大,在聚醚砜含量为13%时分别达到最大值24.05%和19.91%。     

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%。     

Reinforcement of plasticized wheat gluten with natural fibers: From mechanical improvement to deplasticizing effect

Wheat gluten/glycerol-based materials were reinforced through natural fiber addition. Hemp and wood fiber addition increased both composite tensile strength and Young’s modulus, but decreased elongation at break. Resulting materials exhibited lower water sensitivity. Fiber addition does not modify the protein aggregation, but resulted in an increase of the composite matrix glass transition temperature (T_g). This increase was attributed to the plasticizer migration from the matrix to the fibers, which increased the matrix Young’s modulus. This migration called matrix deplasticization contributed to the improvement of the overall composite mechanical properties. The true reinforcing effect attributed to the fiber addition and the deplasticizing effect attributed to plasticizer migration were dissociated and quantified. At high fiber content, deplasticizing effect became significant and reduced material processability. This study suggested that the fiber lignin content is susceptible to influence both the water sensitivity and the matrix deplasticization.     

Effects of fiber characteristics on the physical and mechanical properties of wood plastic composites

We investigated the effects of fiber variability, size, and content on selected mechanical and physical properties of wood plastic composites. HDPE and fibers were compounded into pellets by twin-screw extrusion and test specimens were prepared by injection molding. All tested properties vary significantly with fiber origin. Higher fiber size produces higher strength and elasticity but lower energy to break and elongation. The effect of fiber size on water uptake is minimal. Increasing fiber load improves the strength and stiffness of the composite but decreases elongation and energy to break. Water uptake increases with increasing fiber content.     

超高填充聚丙烯基木塑复合材料高低温性能

为了充分降低成本,增加环境友好性并获得良好的木质感,以杨木纤维和毛竹纤维为原料,通过挤出成型制备超高填充聚丙烯基木塑复合材料(UH-WPCs)。基于聚丙烯基体含量的大幅降低,对比分析了填充量和木质纤维种类对UH-WPCs高低温力学性能、高低温蠕变性能、热膨胀性能、尺寸稳定性及吸水性能的影响。结果表明,随着填充量从75wt%增加到90wt%,其线性热膨胀系数大幅降低,蠕变应变逐渐减小而在90wt%时增大;拉伸模量和弯曲模量随填充量的增加先升高而后在90wt%时下降;拉伸强度、弯曲强度和冲击强度随着填充量的增加逐渐降低;在低温?30℃时UH-WPCs的拉伸和弯曲性能较高,高温60℃时冲击韧性较好。温度、湿度及含水率变化均导致UH-WPCs尺寸变化,其中厚度方向尺寸变化率最大,其次为宽度方向,长度方向最小,表现出明显的各向异性;湿度对UH-WPCs的尺寸稳定性的影响远大于温度的作用。杨木基UH-WPCs综合性能优于毛竹基UH-WPCs,这与杨木纤维具有更大的长径比及良好的界面结合有关。UH-WPCs的研究为降低WPCs生产成本和拓宽其应用领域提供了理论依据。      

熔融纺丝过程优化制备细直径碳化硅纤维及其对力学性能的影响

强度、模量和柔顺性作为碳化硅(SiC)纤维重要的力学性能受到纤维直径大小的影响, 而制备工艺中的熔融纺丝过程对纤维直径起决定作用。本工作研究了纺丝温度、纺丝压力和卷绕速度对聚碳硅烷(Polycarbosilane, PCS)原纤维直径的影响, 分析了纺丝过程中纤维断裂的原因, 并初步探究了SiC纤维直径与力学性能的关系。结果表明, 在一定范围内降低纺丝温度、降低纺丝压力和提高卷绕速度均能显著减小原纤维的直径。在连续纺丝的前提下, 最优纺丝工艺下得到的PCS原纤维直径为13.5 μm。随着PCS纤维直径由18.3 μm减小至13.5 μm, SiC纤维直径则由13.8 μm减小至9.5 μm, 而SiC纤维的强度与模量分别由1.7、181 GPa提高至2.9、233 GPa, 强度分布更为集中, 柔顺性得到显著提高。