原位接枝改性纳米二氧化硅/ 聚丙烯复合材料Ⅱ: 性能测试

通过熔融共混过程中原位接枝的方法制得聚丙烯酸丁酯接枝改性纳米二氧化硅/ 聚丙烯(SiO₂-g- PBA/PP) 复合材料, 探讨了材料制备的最佳工艺条件, 研究了复合材料的机械性能、结晶性能、微观形貌以及动态黏弹行为。结果表明, 少量纳米粒子(体积分数≤1.36 %) 的加入即可对PP 起到同时增强增韧的作用, 制备SiO₂-g- PBA/PP 的适宜工艺条件为熔融共混温度180 ℃, 共混时间10 min , 转子转速60 r/ min。对复合材料结晶行为的研究表明, 纳米粒子的成核效应使PP 的结晶速率加快。微观形态观察表明, 纳米粒子与聚合物基体间具有良好的界面结合, 这一点从对材料动态黏弹行为的研究中得到进一步证明, 从而阐明了纳米粒子增韧增强聚合物的机理。     

弹性体修饰纳米SiO2粒子改性PBT

选用乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(E-MA-GMA)三元共聚物对纳米SiO₂表面进行修饰包覆改性,考察改性后纳米SiO₂在聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)基体中的分散情况及对PBT复合材料力学性能的影响。FTIR、TEM、SEM结果表明,E-MA-GMA的环氧基团与纳米SiO₂的—OH 基团发生反应,破坏了SiO₂的链状团聚结构,降低了纳米粒子间氢键等作用力。质量分数为10%～20% E-MA-GMA 改性的纳米SiO₂在PBT基体中的分散性及其与基体的相容性均得到明显改善,从而提高了PBT基复合材料的弯曲和拉伸性能。与纯PBT相比,SiO₂/PBT复合材料的拉伸强度提高了9%,而弯曲强度和模量分别提高了14%和20%。     

低填充SiO_2/聚丙烯纳米复合材料的拉伸特性

通过对纳米 Si O2 辐照接枝聚合改性 ,结合熔融共混工艺制备了低填充 Si O2 / PP纳米复合材料。发现在一定拉伸速度和粒子含量下 ,经辐照改性的 Si O2 / PP纳米复合材料韧性得到显著提高 ,同时强度也有所增加。随拉伸速度的升高 ,纳米复合材料的模量和强度逐渐增大 ,而韧性则随之下降。断面扫描电镜观察表明 ,改性纳米粒子填充复合材料韧性提高的机理以空化和基体大面积剪切屈服为主     

低填充SiO2/聚丙烯纳米复合材料的拉伸特性

通过对纳米SiO2辐照接枝聚合改性,结合熔融共混工艺制备了低填充SiO2/PP纳米复合材料,发现在一定拉伸速度和粒子含量下,经辐照改性的SiO2/PP纳米复合韧性得到显著提高,同时强度也有所增加,随拉伸速度的升高,纳米复合材料的模量和强度逐渐增大,而韧性则随之下降,断面扫描电镜观察表明,改性纳米粒子填充复合材料韧性提高的机理以空化和基体大面积剪切屈服为主。     

纳米SiO2/聚丙烯复合材料的微观结构

利用原子力显微镜和透射电镜分析了聚苯乙烯辐射接枝纳米二氧化硅粒子( SiO₂-g-PS) 填充聚丙烯( PP) 的微观结构, 并与该复合材料的拉伸和冲击强度相关联, 为探讨纳米粒子的增强增韧作用机制提供了直观证据。利用原子力显微镜进行的微划痕和纳米压痕实验, 通过与显微硬度和动态力学性能测试结果的比较, 证实了接枝改性后的纳米粒子团聚体具有承载能力, 而这些团聚体对复合材料的局部和整体力学响应不同, 揭示了团聚体增强效应的内在原因, 即在纳米粒子团聚体内部以及团聚体之间形成了特定的应力双逾渗结构。     

纳米填料改性丁基橡胶复合材料的力学性能、芥子气防护性能和燃烧性能

以有机蒙脱土、纳米级SiO₂气凝胶和沉淀法白炭黑等具有不同粒子形状和结构特性的纳米粒子为增强填料,采用熔体共混法制备了丁基橡胶复合材料。采用SEM和XRD对复合材料的微观结构进行了表征,并研究了不同纳米填料对复合材料的力学性能、芥子气防护性能和燃烧性能的影响。结果显示：纳米级SiO₂气凝胶/丁基橡胶复合材料的力学性能最优,填充15 wt% SiO₂气凝胶的复合材料的拉伸强度和撕裂强度分别比丁基橡胶硫化胶提高了9倍和2.2倍。复合材料的芥子气防护性能与纳米填料的粒子形状有密切的关系,填充15 wt%层片状结构有机蒙脱土的复合材料的芥子气防护时间达到了21h以上,明显优于填充近似球形粒子的纳米级SiO₂气凝胶和白炭黑的复合材料的防护性能。然而纳米填料使复合材料的氧指数和氧化分解温度只有少量提高,阻燃性能改善有限。     

表面修饰纳米SiO2增强增韧聚氯乙烯

用过量的2 , 4-甲苯二异氰酸酯(TDI)对纳米SiO₂表面进行修饰合成含—NCO 的功能化SiO_2,再用丙烯酸羟丙酯(HPA)对其表面进行修饰合成出HPA修饰纳米SiO₂(SiO₂-HPA)。用共混法制备了SiO₂-HPA/PVC纳米复合材料,研究了不同 SiO₂含量及不同界面特性时复合材料的力学性能。结果表明: SiO₂-HPA/PVC复合材料的力学性能和加工性能等方面均优于未修饰的样品。在纳米SiO₂质量分数为0%～5%时,SiO₂-HPA/PVC的拉伸强度和冲击强度随着填充量的增加呈先上升后下降的趋势并在3%～4%达到最大值。表面修饰纳米SiO₂与PVC基体之间具有很强的界面结合作用,其相容性得到大大改善,填充表面修饰纳米SiO₂达到了增强增韧双重效果。此外,对纳米粒子增强增韧机制进行了深入的探讨。     

PET接枝改性纳米ZrO2/PC复合材料的力学性能

采用接枝聚合反应在纳米ZrO₂表面接枝聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 低聚物,以提高其与聚碳酸酯(PC)的相容性;改性纳米ZrO₂与PC经过共混挤出,制备了纳米ZrO₂/PC复合材料。采用FTIR、XPS、TEM、TG、接触角等测试方法对接枝改性后的纳米ZrO₂进行了表征,结果表明,PET化学键合到了纳米ZrO₂表面,使ZrO₂疏水性显著增强,微观颗粒分散性好。对纳米ZrO₂/PC复合材料进行了力学性能测试,探讨了纳米ZrO₂的添加量与复合材料力学性能的关系。结果表明：纳米ZrO₂/PC复合材料的力学性能较纯PC有明显改善;随着改性纳米ZrO₂含量的增加,缺口冲击强度和拉伸强度都呈现出先增加后降低的趋势,分别在ZrO₂质量分数为1%和0.3%时达到最大值;弯曲强度在实验范围内一直呈上升趋势,最大弯曲强度比纯PC提高2.54 MPa。     

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。     

纳米SiO2增韧增强聚丙烯的界面效应与逾渗行为

报道了聚苯乙烯辐射接枝纳米二氧化硅微粒(SiO₂-g-PS)填充聚丙烯(PP)的增强增韧作用,并从界面效应和逾渗行为的角度对此类复合材料的力学行为进行了分析。结果表明,接枝纳米微粒填充入聚合物时所形成的微粒/聚合物复合颗粒可以整体发挥协同作用,带来较强的界面效应,并有可能导致双逾渗行为,从而有利于发挥纳米微粒的特殊性能。     

Reinforcement of polysiloxane with superhydrophobic nanosilica

We systemically report on a new method for producing reinforced poly(dimethylsiloxane) (PDMS) with superhydrophobic nanosilica. Firstly, we rationally designed to synthesize a series of well-dispersed hydrophobic nanosilica by using hexadecyltrimethoxysilane (HDTMS) as the treatment agent. Fourier transforms infrared (FT-IR) spectrum, thermo-gravimetric analysis (TGA), and contact angle (CA) measurement were used to characterize the grafting degree of HDTMS grafted onto the surface of nanosilica. Subsequently, we employed these modified hydrophobic nanosilica to further reinforce PDMS. The properties of as-prepared modified nanosilica filled PDMS composites were thoroughly investigated by rheological test, scanning electron microscopy (SEM), TGA, and dynamic mechanical analysis (DMA). We have found that these as-prepared superhydrophobic nanosilica exhibit uniform dispersity in the PDMS matrix, and their composites exhibit good mechanical properties and obvious advantage on thermal stability compared with those of the pure silica filled PDMS composites.     

纤维表面处理与基体改性对连续玻纤增强聚丙烯力学性能的影响

考察了连续玻纤的表面处理、基体的接枝改性及接枝单体的种类和接枝产物的加入量对连续玻纤毡增强聚丙烯(CGFRPP) 力学性能的影响, 并通过红外光谱、扫描电镜对CGFRPP 的界面化学作用及界面粘结进行了研究。结果表明, 马来酸酐接枝改性聚丙烯与未经偶联剂处理的玻纤不能形成有效的化学结合, 而与经硅烷偶联剂表面处理的玻纤可发生明显的化学作用, 形成良好粘结, 显著提高CGFRPP 的力学性能; 硅烷偶联剂的种类对以改性PP 为基体的CGFRPP 力学性能的影响不大; 马来酸酐接枝聚丙烯比丙烯酸接枝聚丙烯对CGFRPP 力学性能的改善更为有效。      

多壁碳纳米管/聚丙烯复合材料的结晶行为

采用表面接枝十六烷烃的方法对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性, 通过溶液共混法制备多壁碳纳米管/聚丙烯(MWCNTs/PP)复合材料, 并研究了MWCNTs/PP的结晶行为。结果表明, 3%(质量分数)表面接枝十六烷烃的MWCNTs在PP基体中分散良好, 达到纳米级的分散。加入接枝MWCNTs后, PP的结晶结构未发生改变, 依然是α晶型。接枝MWCNTs对PP有异相成核的作用, 加入接枝MWCNTs使PP的成核及晶体生长方式发生变化。加入3%(质量分数)接枝MWCNTs 以后, PP的结晶温度升高了8℃, 结晶速率提高了1倍, 结晶度提高了3%, 球晶尺寸减小。     

纳米二氧化硅补强可生物降解聚酯弹性体的制备与性能

通过原位聚合和界面改性,制备出SiO2含量0phr～20phr(质量份数)的纳米SiO2/聚(癸二酸-丙三醇-柠檬酸)酯复合材料,并研究了其结构与性能。力学性能测试结果表明,改性纳米SiO2对弹性体表现出了优异的补强效果,拉伸强度可从0.9MPa提高到5.3MPa;扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表明,SiO2以纳米网络状态分散于基体中,与基体间界面结合良好;X射线衍射(XRD)谱图从分子短程相互作用的角度反映出SiO2的存在不利于有序结构的生成;差示扫描量热(DSC)曲线显示,随SiO2含量增加,材料的Tg向低温方向移动;降解性能测试表明,SiO2的加入有助于调节材料的降解速度。     

改性介孔硅-ESO/聚丙烯三元体系复合材料增强增韧机制

以改性介孔硅为主要补强剂,聚丙烯(PP)为基体树脂,环氧大豆油(ESO)为增塑剂和稳定剂,通过熔融挤出注塑方法制备了改性介孔硅-ESO/PP体系复合材料。通过XRD、SEM、光学显微镜(OM)、偏光显微镜(PLM)及力学性能测试对介孔硅与ESO增强增韧PP的机制进行分析。结果表明:改性介孔硅、ESO二者同时填充PP制备改性介孔硅-ESO/PP复合材料时,三者界面以物理交联或化学接枝的结合方式形成了空间网状结构,改性介孔硅均匀分散在PP基体中;改性介孔硅添加量一定时,随ESO用量增加,改性介孔硅-ESO/PP复合材料弯曲强度稍微下降,但抗冲击强度、硬度都得到提高,当改性介孔硅用量为20%(与PP的质量比)、ESO用量为2.5%(与PP的质量比)时,综合性能较好。改性介孔硅本身的高模量及粒子在聚合物熔体中的异向成核促进了基体树脂结晶,以及良好的界面结合及分散性,这是增强的主要原因。ESO分子插入聚合物分子链间,削弱了聚合物分子链间的移动性,一定程度降低了基体结晶度等是增韧的主要原因。改性介孔硅使α晶型PP转变为具有更高冲击强度β晶型PP,与ESO二者协同作用,能增强增韧,但是过多的ESO使介孔硅粒子集中在材料的表面,导致其表面硬度增大。     

官能团化聚丙烯改性Mg(OH)2/PP中PP结晶的异相成核作用

用DSC研究了外加官能团化聚烯烃(FPP)、接枝单体和原位形成FPP改性Mg(OH)2／聚丙烯中的异相成核作用。Mg(OH)2表面的异相成核作用使聚丙烯(PP)结晶温度提高;外加FPP使PP结晶温度进一步提高,接枝单体加入也使复合材料中PP结晶温度提高,但原位形成FPP使PP结晶温度、熔点和结晶度降低。认为在改性复合材料中存在Mg(OH)2表面异相成核作用和FPP活化Mg(OH)2表面异相成核的协同作用。     

聚丙烯纤维化学接枝改性增强水泥基复合材料的界面结合

以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂, 采用二步化学接枝法对聚丙烯纤维进行接枝丙烯酸改性, 利用正交分析法研究了引发温度、BPO浓度、接枝温度、接枝时间及丙烯酸(AA)浓度对纤维接枝率的影响, 并评价了改性前后纤维与水泥基体的界面结合性能。结果表明: 上述因素对纤维接枝率的影响大小为引发温度>BPO浓度>接枝时间>接枝温度>AA浓度, 最佳反应条件为引发温度90℃, BPO 4.50×10^-2mol/L, 接枝时间60 min, 接枝温度75℃, AA 1.4 mol/L, 此时纤维接枝率达13.12%; 经化学接枝改性后, 聚丙烯纤维表面亲水性和粗糙度增大, 与水泥基体的界面结合得到增强, 纤维掺量为0.05%(体积分数)时, 聚丙烯纤维增强水泥砂浆的抗开裂性能比增大了26.6%, 抗塑性收缩开裂性能显著增强。     

Nanosilica/PMMA composites obtained by the modification of silica nanoparticles in a supercritical carbon dioxide–ethanol mixture

Nanosilica/poly(methyl methacrylate) (PMMA) composites are used to improve the mechanical properties of neat PMMA polymer. In order to obtain superior mechanical properties, it is essential to achieve good bonding between the SiO₂ nanoparticles and the PMMA matrix, which is typically achieved by coating silica nanoparticles with silane coupling agents. In this study, conventional and supercritical coating methods were investigated together with their influence on the mechanical properties of the obtained nanosilica/PMMA composites. The results indicate advantageous properties of nanosilica modified in the supercritical phase of carbon dioxide and ethanol in terms of particle size distribution, amount of coated silane, and dispersion in the PMMA matrix. Careful dispersion of the starting silica nanoparticles in ethanol at low temperatures in order to obtain a nanosilica sol plays an important role in deagglomeration, dispersion, and the coating process. The resulting nanosilica/PMMA composite containing nanoparticles obtained by supercritical processing of the nanosilica sol showed an increase in hardness by 44.6% and elastic modulus by 25.7% relative to neat PMMA, as determined using the nanoindentation technique. The dynamic mechanical analysis reveals that addition of nanoparticles as nanosilica sol and nanosilica gel enhances composite storage modulus by about 54.3 and 46.5% at 40 °C. At the same temperature, incorporation of modified silica nanoparticles with conventional method leads to an increase of 15.9% for the storage modulus, probably due to a large silica particle size and lower silane content in this sample.     

PP/LCP composites: effects of shear flow,extensional flow and nanofillers

PP/LCP composites moulded under shear flow and extensional flows were prepared in this work. It was observed that the predominating shear flow during injection moulding was unable to induce in-situ reinforcements in the Rodrun LC5000/PP blend. With the introduction of an additional drawing process, fibrous LCP was developed. The fibrillation of the LCP phase was found to increase with the draw speed and the formation of LCP fibrils was manifested as higher strength and stiffness. However, due to the poor adhesion between the pre-generated LCP fibrils and PP matrix, the strength of the extensional PP/LCP composites was lower than that of direct injection moulded LCP/PP blend. In another approach, silica fillers were introduced to the LCP/PP blend and the LCP fibrillation was found to improve. The nanosilica was believed to behave as a viscosity thickening agent and was able to promote the LCP droplet-fibril transition effectively. The nanofiller/LCP/thermoplastic system possessed dual reinforcements which imparted good properties to the composite.     

Grafting effects of polypropylene/polyethylene blends with maleic anhydride on the properties of the resulting wood-plastic composites

In the presented study, polypropylene (PP) and high density polyethylene (PE) were blended at the ratios of 80/20 and 20/80 to simulate recycled waste thermoplastic mixtures. The effects of in situ grafting of PP/PE blends with maleic anhydride through the extruder on the mechanical and rheological properties of resulting wood/plastic composites were investigated. Different ratios of PP and PE in the blends created distinct properties in the resulting composites. Grafting of PP and PE blends improved the tensile and flexure properties of the resulting composites. The composites exhibited a reduced water uptake and resultant dimensional swelling due to grafting with maleic anhydride. Grafting of the blends also considerably improved the interfacial bonding and enhanced the dispersion of wood in the matrix, as evidenced by rheological analysis and scanning electron microscopy.