高硅氧纤维增强防爆聚脲的研究

为了制备高硅氧纤维增强聚脲,采用聚四氢呋喃多元醇与异氰酸酯反应制备A组分;采用不同添加量、不同长度的高硅氧纤维制备B组分。研究表明,采用硅烷偶联剂KH-550进行表面处理的高硅氧纤维制备的聚脲界面结合良好;随着高硅氧纤维添加量的增加,聚脲的拉伸强度、撕裂强度先上升后下降,储能模量出现上升,损耗模量向高温方向移动;随着高硅氧纤维长度的增加,聚脲拉伸强度先上升后下降,撕裂强度、储能模量出现上升,损耗模量向高温方向移动。     

硅烷偶联剂改性云母粉及其在聚脲阻尼材料中的应用

为制备与聚脲阻尼材料相容性好的改性云母粉,提高聚脲材料的阻尼性能,以硅烷偶联剂 A-187为改性剂,采用溶液浸泡法改性 100目云母粉。通过红外光谱、扫描电镜对比观察改性前后云母粉的状态变化,通过活化指数、水接触角研究了硅烷偶联剂 A-187添加量对云母粉改性效果的影响;进一步将改性云母粉添加到聚脲阻尼树脂中,研究了颜基比对阻尼材料的机械强度、动态力学性能影响。结果表明：硅烷偶联剂 A-187改性云母粉效果良好,添加到聚脲树脂中可提高材料的阻尼性能;硅烷偶联剂 A-187添加量为 4%时,改性云母粉的活化指数最高、水接触角最大,改性效果最好;随着颜基比的增加,聚脲阻尼材料的拉伸强度、断裂伸长率上升,阻尼因子峰值升高,玻璃化转变温度向低温方向移动。     

多壁碳纳米管改性双组分环氧树脂的研究

采用熔融法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)改性双组分环氧树脂,采用DSC热分析仪、万能拉力机对改性后的环氧树脂的结构及性能进行了研究。结果表明,随着多壁碳纳米管(MWCNTs)添加量的增加,复合材料的玻璃化转化温度不断提高,当MWCNTs的质量分数为0.5%时,环氧树脂的玻璃化转化温度可提高10℃,铝-铝拉伸剪切强度由24.5 MPa提高到27 MPa。     

碳纳米管/聚脲纳米复合材料的制备和性能

提出了一种聚脲/碳纳米管纳米复合材料的分子设计以及制备方法。首先,采用混酸氧化处理得到羟基改性的碳纳米管。随后,利用原位聚合的方法合成了含有碳纳米管的端异氰酸根预聚物,其中碳纳米管通过表面羟基和异氰酸根的反应,以共价键形式连接到预聚物分子链中。最后,使用端氨基聚醚固化端异氰酸根预聚物,得到碳纳米管/聚脲纳米复合材料。结果发现随着碳纳米管含量的增加,碳纳米管/聚脲纳米复合材料的凝胶含量和拉伸强度均有显著提高。     

环氧改性水性聚氨酯涂料的合成与性能研究

采用环氧树脂与聚醚、二羟甲基丙酸（DMPA）和甲苯二异氰酸酯（TDI）反应制备水性聚氨酯涂料。研究发现随着所用的环氧树脂的环氧值的降低，改性水性聚氨酯涂膜的硬度和拉伸强度逐渐提高，断裂伸长率则随着降低。选用环氧值为0．44的环氧树脂所合成的改性水性聚氨酯的涂膜硬度达到玻璃硬度0．70；随着环氧树脂添加量增大，涂膜机械性能增加。采用后添加环氧树脂的合成工艺，可制备贮存稳定的水性聚氨酯乳液；凝胶渗透色谱（GPC）分析表明环氧树脂改性水性聚氨酯提高了聚氨酯的分子量。性能测试表明环氧改性水性聚氨酯涂料具有涂膜硬度高、耐水性好和耐溶剂性好等优点。     

碳纳米管对全钢胎胎面胶性能的影响

本文研究碳纳米管对全钢胎胎面胶加工工艺及性能的影响。结果表明,加入碳纳米管后,混炼胶的门尼粘度显著增大,耐磨性、撕裂强度、硬度大幅提高,拉伸强度稍有降低;密炼时在炭黑之后添加碳纳米管,开炼薄通10次时,硫化胶的DIN磨耗性能比不加碳纳米管的提高37.3%;在相同条件下添加碳纳米管GT-300橡胶的DIN磨耗、拉伸强度、撕裂强度等综合物理机械性能最佳。     

等离子体改性MWCNTs对环氧树脂力学性能的影响

以等离子体表面处理方式对多壁碳纳米管(简称碳纳米管)进行表面改性,采用红外光谱仪对原始碳纳米管和等离子体处理后的碳纳米管进行了表征,利用透射电镜观察了等离子体处理前后碳纳米管的形貌。以原始的碳纳米管和经过等离子体改性处理后的碳纳米管作为填料,制备了碳纳米管/环氧树脂复合材料,研究了等离子体处理前后碳纳米管的加入对环氧树脂的力学性能的影响。结果表明:添加碳纳米管后提高了环氧树脂复合材料的力学性能。原始碳纳米管质量分数达0.75%时,复合材料的拉伸强度、冲击强度分别较纯环氧树脂提高15.1%,4.8%。等离子体处理后的碳纳米管质量分数达1.00%时,复合材料的拉伸强度、冲击强度分别较纯环氧树脂提高77.0%,71.5%。并利用场发射电镜观察了碳纳米管在环氧树脂基体中的分散情况。     

酸化多壁碳纳米管/水性聚氨酯复合材料的制备与性能研究

采用混酸对多壁碳纳米管进行表面处理,通过共混法制备出酸化多壁碳纳米管/水性聚氨酯(WPU)复合材料。通过FT-IR,拉曼光谱,SEM表征了多壁碳纳米管酸化前后的结构,通过TGA、拉力测试以及SEM研究了复合材料的热性能、力学性能和微观结构。结果显示,多壁碳纳米管通过混酸处理后表面羧基化,管壁卷曲程度降低。与纯WPU相比,当添加量为1.5%时,复合材料的断裂伸长率增加29%,当添加量在2%时,复合材料的拉伸强度增加169%,酸化碳纳米管在聚氨酯(PU)基体中均匀分散。酸化碳纳米管的添加显著提高了复合材料的热稳定性和导电性。     

碳纳米管在硅橡胶中的应用研究

研究了碳纳米管对硅橡胶力学性能、导电性能和导热性能等的影响。结果表明,随着碳纳米管用量的增大,硅橡胶硫化胶的硬度和定伸应力均逐渐升高,拉伸强度和撕裂强度先升高后降低,拉断伸长率逐渐降低,高温拉伸强度降低;加入碳纳米管后,硫化胶拉伸强度保持率逐步升高;随着碳纳米管用量的增大,硫化胶导电性能明显升高,导热性能逐渐升高。扫描电镜观察结果表明,碳纳米管在硅橡胶基体中分散均匀。     

高性能聚脲弹性体防水涂料的制备及成型工艺对力学性能的影响

通过分子结构设计,成功合成了高性能聚脲弹性体涂料,通过黏度-温度曲线选定了最佳的喷涂工艺参数。采用拉伸、红外光谱、凝胶含量和扫描电镜等表征手段,研究了成型工艺对材料力学性能的影响。结果表明,采用喷涂工艺成型制备聚脲样片的拉伸强度值为25MPa,而采用溶液涂膜法制备聚脲样片的拉伸强度为54.2MPa,综合分析后认为,二者拉伸强度的差异是由于喷涂及固化过程中在聚脲样片内部产生了大量气孔所致,并通过扫描电镜照片进行了验证。     

乙二胺修饰的碳纳米管对环氧树脂力学性能的影响

利用乙二胺对多壁碳纳米管(MWNTs)进行化学修饰,并制备碳纳米管/环氧树脂复合材料,研究了乙二胺修饰的碳纳米管对碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能的影响。实验表明,碳纳米管经乙二胺修饰后,改善了它在环氧树脂中的分散性,提高了环氧树脂复合材料的力学性能。氨基化碳纳米管用量达1.0%时,复合材料的冲击强度、断裂伸长率、拉伸强度和弯曲强度分别较纯环氧树脂提高200%、275%、48%和30%。     

改性多壁碳纳米管／聚氨酯乳液的制备与研究

以聚醚多元醇（N-210）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二羟甲基丙酸（DMPA）、一缩二乙二醇（DEG）为基料,合成了水性聚氨酯预聚体,采用改性多壁碳纳米管（ MWCNTs ）的悬浊液为分散介质得到水性聚氨酯复合乳液。通过TEM、拉力机、TGA对其胶膜的微观结构、力学性能以及热学性能进行测试,结果表明： MWCNTs均匀分散在聚氨酯胶膜中;当MWCNTs质量分数在0.5％时,拉伸强度达到最大值为17.91 MPa,比纯聚氨酯提高了81％;复合材料的断裂伸长率均达到500％以上,最大达到539％,明显高于未加改性碳纳米管的聚氨酯; MWCNTs的加入可明显提高复合材料的耐热性。     

碳纳米管增强丁腈橡胶的性能研究

研究了碳纳米管用量对丁腈橡胶硫化特性、力学性能、高温拉伸性能、导热性能、耐磨性能、压缩疲劳性能和动态力学性能的影响,并通过扫描电子显微镜观察碳纳米管在橡胶中的分散情况。结果表明：随着碳纳米管含量的增加,胶料的最小扭矩和最大扭矩逐渐增大,焦烧时间和正硫化时间逐渐减少;拉伸强度和撕裂强度均是先提高后降低,拉断伸长率逐渐降低,100%定伸应力和300%定伸应力显著提高;高温拉伸性能中,性能保持率逐渐提高;导热系数逐渐提高,DIN磨耗体积逐渐降低;静压缩率逐渐降低,永久变形和疲劳温升逐渐增加。在动态力学性能中,加入碳纳米管后,橡胶的损耗因子峰值降低,储能模量在温度较低时较小。由扫描电子显微镜观察拉伸试样断面可知,碳纳米管在橡胶中整体分散均匀,局部存在团聚现象。     

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。     

热塑性聚氨酯复合材料薄膜的制备及其性能研究

利用纵向氧化切割多层碳纳米管（MWCNTs）制得氧化石墨烯纳米带碳纳米管（GONRs-CNTs）2种维度纳米杂化材料,用异氰酸苯酯对GONRs(67 %)-CNTs纳米杂化体进行表面化学修饰制得功能化GONRs(67 %)-CNTs（pGONRs-CNTs,GONRs质量分数为67 %）,探究了pGONRs-CNTs对热塑性聚氨酯（TPU）薄膜阻隔、力学和降解性能的影响。结果表明,改性后所得pGONRs-CNTs杂化体表面变得模糊而粗糙,亲油性得到明显提高,有利于其在聚合物基体中实现均匀稳固分布。当pGONRs-CNTs含量为0.5 %（质量分数,下同）时,TPU/pGONRs-CNTs材料相比纯TPU材料的氧气透过率（OTR）低63.08 %,拉伸强度高46.55 %,其对应的阻透性能与力学性能均有较大程度提高;而且,由于pGONRs-CNTs物质的使用,使TPU材料的使用寿命延长。     

表面改性碳纳米管/天然橡胶复合材料的制备及性能研究

采用多巴胺对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行非共价改性,得到多巴胺改性MWCNTs(简称PCNT)。将PCNT作为填料加入天然胶乳中制备PCNT/天然橡胶(NR)复合材料,并研究其性能。透射电子显微镜(TEM)分析结果表明MWCNTs经过多巴胺改性后在水中的分散效果明显改善。PCNT/NR复合材料的拉伸强度和撕裂强度明显提高,拉伸强度由22.7 MPa升至28.4 MPa,撕裂强度由26 kN·m^-1升至40 kN·m^-1。多巴胺用量适当的PCNT在NR基体中分散更均匀,填料与橡胶的相互作用较强,能够形成较好的填料网络结构,PCNT/NR复合材料的表面电阻显著降低。     

可溶性碳纳米管与NR或CIIR复合材料性能的研究

通过有机改性制备可溶性碳纳米管（s—CNTs），采用溶液共沉法制备s—CNTs／NR和s—CNTs／CIIR复合材料，并对复合材料的性能进行研究。结果表明，通过有机改性制备的s—CNTs可均匀地分散于有机溶剂中；随s—CNTs用量增大，s-CNTs／NR复合材料邵尔A型硬度和密度增大，拉伸强度和拉断伸长率先增大后减小，s—CNTs／CIIR复合材料邵尔A型硬度和密度均增大，拉伸强度总体呈增大趋势，拉断伸长率变化不大，表面电阻率明显减小。     

增材制造连续碳纤维增强金属基复合材料性能

采用增材制造工艺方法进行具有高比强度、密度小等优良性能连续碳纤维增强金属基复合材料的直接制备。研究了连续碳纤维表面改性、路径搭接率、打印喷头温度、基板温度、打印速度等过程处理方法及工艺参数对所制备金属基复合材料抗拉强度的影响。研究结果表明,对连续碳纤维原材料实施表面改性处理,可以实现制备过程中熔融金属基体与连续碳纤维之间的良好浸润复合,以提高复合材料的抗拉强度;增大路径搭接率,可以有效提高增材制造复合材料内部纤维的体积占比,从而增大其抗拉强度;升高打印喷头温度、基板温度、打印速度,可以减小熔融金属表面张力,提高其流动性,并有利于沉积层间实现良好重熔,从而有效避免在已沉积层表面裂纹处和路径搭接区凹坑处形成气孔缺陷,进一步提升复合材料的抗拉强度。     

碳纳米管改性氟橡胶的性能研究

开展了碳纳米管材料对氟橡胶复合材料的改性研究,探究碳纳米管含量对氟橡胶复合体系物理性能、热性能、微观结构形貌、透气性以及宏观力学性能的影响。在此基础上模拟高温高压条件进行老化试验,对老化试验前后材料的硬度变化、体积变化、拉伸性能、撕裂性能和压缩永久变形量进行了测量与分析。结果表明,拉伸强度和撕裂强度随碳管含量增加表现增加的规律,基于脆断表面和热失重断面证实了本文实现了高含量碳纳米管的均匀分散,并且一维纳米材料构筑的碳纳米管网络结构有助于氟橡胶复合材料气体阻隔性能提升;基于老化前后的性能对比数据,表明碳纳米管的存在有助于老化后氟橡胶宏观性能的保持。     

Synergetic effects on the mechanical and fracture properties of epoxy composites with multiscale reinforcements: Carbon nanotubes and short carbon fibers

The ball‐milling/liquid‐phase oxidation (BMLPO) method was used to fabricate surface‐modified short carbon fibers (SCFs). Multiscale epoxy composites reinforced with a combination of SCFs and multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) were prepared. Atomic force microscopy observations and contact angle measurement were used to investigate the modification effect of the BMLPO method. Mechanical tests and scanning electron microscopy observations were used to study the effects of the SCFs, MWNTs, and their combination on tensile properties, impact strength, and fracture toughness of the epoxy composites. The results show that the surface roughness of the SCFs after BMLPO treatment increased, and the wettability of the SCFs was improved as well. The combined use of the SCFs and MWNTs had a synergetic effect on the tensile strength, fracture toughness, and impact strength of the epoxy composites. The addition of MWNTs promoted the plastic deformation of the epoxy matrix and decreased the stress‐concentration level near the SCF/matrix interface; these were considered the main causes of the synergetic effect. © 2016 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2016 , 133, 43500.