SiO_2&Fe改性酚醛树脂的制备及性能研究

采用原位改性技术,将纳米二氧化硅(SiO_2)及其铁(Fe)的复合纳米粒子对酚醛树脂进行了改性处理,通过改变纳米SiO_2和Fe的质量配合比等实验条件制得改性酚醛树脂。对改性酚醛树脂的微观结构进行全面分析,对改性酚醛树脂的游离醛和固含量等性质做了详尽的研究,得到了综合性能最佳的改性酚醛树脂。结果表明,当纳米SiO_2与Fe质量配合比为1∶1.5时,改性树脂的游离醛为7.294%,固含量为74.26%;通过微观结构分析发现,纳米粒子均匀的分散在树脂中,酚醛树脂通过化学键键合在纳米粒子表面,达到了增强复合材料界面键合力的目的。     

纳米SiO2/玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料的制备和耐久性能研究

首先,利用上浆法,将改性纳米SiO_2与玄武岩纤维复合;然后利用手工铺料法,制备了纳米SiO_2/玄武岩纤维增强环氧树脂层状复合材料(S-BF/EP)。利用SEM对改性玄武岩纤维和玄武岩纤维/环氧树脂层状复合材料的表面形貌和界面形貌进行了研究;利用FT-IR、TGA和万能力学试验机对复合材料的分子结构、热解性能和耐久性能进行了研究。结果表明,纳米SiO_2成功被偶联剂改性,并均匀附着在玄武岩纤维表面,玄武岩纤维表面的粗糙度被有效地改善;S-BF/EP层状复合材料内纳米SiO_2对应的Si-O-Si键收缩振动,使得S-BF/EP层状复合材料比空白EP样品多出1 107和803 cm~(-1)两个振动峰;S-BF/EP层状复合材料降解温度比EP材料高10℃,其在建筑材料应用方面更有优势;S-BF/EP层状复合材料的抗拉强度和抗弯强度分别为489和987 MPa,均高于环氧树脂材料样品的368和795 MPa;经过95℃湿热老化后,S-BF/EP层状复合材料抗拉强度和抗弯强度性能损失分别为23.9%和9.6%,明显低于空白EP样品的32.9%和36.6%;断裂面SEM分析表明,S-BF/EP层状复合材料中纤维与环氧树脂基体结合紧密,未发现裂纹或者缝隙。     

SiO2的功能化改性及其与聚合物基体的界面研究进展

纳米二氧化硅(SiO_2)作为一种最常用的无机纳米材料,受到了各个领域研究者的广泛关注且已得到实际应用。以纳米SiO_2作为改性填料,得到的聚合物纳米复合材料兼具了聚合物基体和纳米SiO_2二者的优点,因而表现出优异的力学性能、热学性能、光学性能以及化学稳定性等。但是纳米SiO_2表面富含大量活性硅羟基,极易团聚,用一般方法难以实现其在纳米尺度上的均匀分散以及与高分子基体材料间良好的界面粘结。因此,在制备纳米SiO_2改性的聚合物基纳米复合材料前,研究者们常通过对SiO_2进行表面改性,以改善其与聚合物基体的界面相容性及其在聚合物基体中的分散性,并赋予其一定的功能性。目前,纳米SiO_2的改性方法有很多,总的来说主要为物理改性和化学改性,而根据改性剂的种类不同,又可以分为有机改性、无机改性和杂化改性三种。聚合物/纳米SiO_2复合材料的优异性能不仅取决于有机聚合物和无机纳米SiO_2两组分的性能,还取决于两者间的界面结构和形态特征。尽管界面相的体积含量只占总体积含量中很少的一部分,但是界面间的相互作用、界面处聚合物结构与基体结构的差异、界面相微观形貌的变化等都会使整个复合体系的宏观性能发生明显的改变。因而针对有机聚合物与无机纳米SiO_2间的界面研究对于纳米复合材料性能的优化设计具有重要的科学意义。近年来,关于聚合物与无机纳米粒子之间的界面研究主要集中在两个方面:一方面是聚合物及无机纳米粒子表面的物理、化学性质对界面处性能的影响;另一方面是聚合物基体与无机纳米粒子之间的界面相互作用对复合材料性能的影响。目前,常通过现代仪器分析技术测试界面相的微观形貌(如粗糙程度、厚度等)及化学结构(如化学键合方式、键能等),或结合分子动力学模拟阐明分子集合体结构以及相互间的微观作用机理,从理论角度更准确地解释界面性能和界面行为,为复合材料的优化设计提供理论基础和新方法。本文归纳了有机改性、无机改性和杂化改性三种方法在纳米SiO_2的功能化方面的研究进展,讨论并对比了不同改性方法的优势和缺点,较全面地综述了当前现代仪器分析表征和分子动力学模拟在聚合物/SiO_2界面作用研究方面的最新进展,最后展望了纳米SiO_2与聚合物基体界面作用未来研究的工作重点。     

改性纳米二氧化硅增强增韧聚对苯二甲酸丁二醇酯

采用四辛基溴化铵(TOAB)改善纳米二氧化硅颗粒(SiO_2)的分散性,并在SiO_2表面进行聚对苯二甲酸丁二醇酯(pCBT)的接枝改性。以不同含量改性的SiO_2(0.1%~2%(质量分数))与环状聚对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)熔融共混,原位聚合制得SiO_2/pCBT纳米复合材料。纳米复合材料的结晶性能和力学性能表征结果表明:随着SiO_2含量的增多,结晶度逐渐提高;与纯pCBT相比,添加1%(质量分数)SiO_2的复合材料的杨氏模量提高了22%,断裂吸收能提高约56%;此外,SiO_2还能显著提高pCBT纳米复合材料的弹性模量和玻璃化转变温度。     

PP/纳米SiO2/氮磷阻燃剂复合材料的研究

目的研究聚丙烯复合材料的燃烧行为和纳米SiO_2含量对复合材料力学性能的影响。方法采用熔融共混方法,将聚丙烯、氮磷复配阻燃剂及表面改性的纳米SiO_2制备成聚丙烯复合材料。结果在燃烧过程中纳米SiO_2对阻燃性能有一定影响,氮磷复配阻燃剂是影响复合材料阻燃性能的关键因素。随着纳米SiO_2含量的增加,复合材料的极限氧指数先增加后降低,当纳米SiO_2质量分数为1%时,复合材料的极限氧指数最大。随着纳米SiO_2含量的增加,复合材料的拉伸、冲击、弯曲强度和弯曲模量呈现先增大后减小的现象。结论氮磷复配阻燃剂与纳米SiO_2对于复合材料有一定的协同阻燃效果。当纳米SiO_2质量分数为1%时,复合材料的阻燃及力学性能最优。     

TerminalBlend废胶粉-纳米SiO_2改性沥青粘温关系及低温韧性

为评价废胶粉-纳米复合改性沥青的高温抗变形性、流变特性及低温韧性,制备了湿法Terminal Blend胶粉-纳米SiO_2复合改性沥青,并借助旋转粘度、针入度、软化点、5℃和15℃延度试验进行了性能表征,还基于实测表观粘度拟合了复合改性沥青粘度-温度关系。结果表明:掺加纳米SiO_2后,复合改性沥青针入度减小,软化点升高,高温抗变形性能得到改善,且纳米SiO_2掺量越大,改善越显著;纳米SiO_2掺量4%时5℃延度比未掺前提高约37.5%。此外,复合改性沥青高温粘度较基质沥青和未纳米改性时有所增加,但135℃粘度不超过1500cP,施工和易性良好;粘度数据拟合还表明在135~200℃温度域内,复合改性沥青粘温关系符合较好的指数关系。     

纳米SiO_2/有机硅聚丙烯酸复合防冰涂层的制备及性能研究

以有机硅聚丙烯酸为成膜物质,经γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)表面化学改性后的纳米SiO_2粒子(经甲苯-2,4-二异氰酸酯活化)为无机填料,制备纳米SiO_2/有机硅聚丙烯酸复合防冰涂层。利用红外测试(FT-IR)、热失重(TGA)、扫描电镜(SEM)等研究了纳米SiO_2表面化学改性的机制,探讨了纳米SiO_2用量对涂层表面形貌、浸润性及涂层与冰层之间粘附性能的影响。结果表明,KH-570化学改性提高了纳米SiO_2在涂层中的分散性并有效地提高了涂层表面的疏水性能,当KH-570化学改性后的纳米SiO_2用量为8%时,涂层表面水的接触角为150°,呈现超疏水特性;涂层与冰层之间粘附力随纳米SiO_2用量增加呈现下降趋势,当纳米SiO_2用量为8%时,涂层与冰层之间的粘附力仅为树脂涂膜的30%左右。KH-570化学改性后的纳米SiO_2与低表面能有机硅聚丙烯酸树脂的协同效应使涂层具有了良好的疏水防冰性能。     

纳米TiO2改性环氧涂层对玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料紫外-凝露老化特性的影响

通过紫外-凝露加速老化试验,考察了纳米TiO₂改性环氧涂层对玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料各种性能的影响。研究了紫外-凝露环境中不同纳米TiO₂含量的纳米TiO₂改性环氧涂层的颜色及硬度变化。并研究了未涂覆涂层、涂覆环氧涂层及2wt%TiO₂改性环氧涂层的玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料的颜色变化、质量变化、弯曲性能及剪切性能变化规律。发现紫外-凝露环境下老化90天后未涂覆涂层、涂覆环氧涂层及2wt% TiO₂改性环氧涂层玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料弯曲强度分别下降了14.7%、10.0%和9.2%,弯曲模量分别下降了5.9%、5.4%和3.2%。考虑紫外、湿度、温度共同作用,对古尼耶夫剩余强度公式进行修正,预测了纳米 TiO₂改性环氧涂层玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料的寿命。      

纳米SiO_2驻极体/聚乳酸复合熔喷非织造材料的制备及性能

采用纳米SiO_2为驻极体,经过表面改性与聚乳酸(PLA)复合,利用双螺杆挤出机制备了纳米SiO_2/PLA复合熔喷切片,并通过工业级熔喷生产线试制了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料。利用FTIR分析了纳米SiO_2的表面改性效果,利用DSC分析了纳米SiO_2/PLA复合熔喷切片在熔喷快速冷却条件下的结晶性能,利用滤料综合性能测试台和SEM研究了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料的过滤性能及微观形貌,最后采用质量损失法评估了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料的降解性能。研究结果表明:经表面改性处理,纳米SiO_2表面附上了有机活性基团;在100℃/min的冷却条件下纯PLA的结晶分数较低,纳米SiO_2驻极体的加入有助于PLA的结晶;少量纳米SiO_2驻极体的添加可显著提高PLA复合熔喷非织造材料的过滤效率,其中质量分数0.75%的纳米SiO_2添加量可使过滤效率达到99.69%,接近商用高效空气过滤器(HEPA)级聚丙烯(PP)过滤效率;在中性水解环境下,纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料具备可降解性能,经8个月质量降解至79.57%。     

纳米粒子改性环氧树脂及其复合材料力学性能研究

通过机械共混法制备了Al2O3纳米粒子改性环氧树脂基体,研究了纳米粒子含量对改性树脂基体力学性能的影响,并采用紧凑拉伸实验研究了纳米粒子改性环氧树脂的断裂韧性。利用改性树脂制备了玻璃纤维增强复合材料,研究了改性复合材料的力学性能与纳米粒子含量之间的关系。结果表明:纳米粒子的加入明显改善了环氧树脂基体的断裂韧性并且有助于提高树脂与纤维之间的界面粘接强度,因而使改性复合材料的层间性能明显提高而其他力学性能基本不变。     

改性纳米或微米SiO_2的分散方法对木粉-SiO_2/聚丙烯复合材料力学性能的影响

未改性和乙烯基三甲氧基硅烷(VTS)改性的纳米SiO_2和微米SiO_2作为增强相,采用直接分散(干分散)和溶液分散(湿分散)两种方法将SiO_2添加到聚丙烯(PP)基体中。将木粉(WF)作为改性相添加到SiO_2改性的PP中制备WF-SiO_2/PP复合材料,探索SiO_2粒径、分散度及界面改性对复合材料增强效果的影响。红外光谱显示改性后的SiO_2已经成功接枝到PP基体上;与未填充SiO_2的WF/PP复合材料相比,干分散模式添加质量比为9%的微米SiO_2或9%的纳米SiO_2,WF-SiO_2/PP复合材料的弯曲强度分别降低了21%和18%;然而,湿分散模式以VTS改性微米SiO_2和纳米SiO_2,WF-SiO_2/PP复合材料弯曲模量分别提高了17%和22%,且抗蠕变性能也明显改善;通过干分散和湿分散模式添加微米SiO_2,均使WF-SiO_2/PP复合材料冲击强度提高了17%。研究表明,在SiO_2粒子分散均匀且与基体界面结合良好的前提下,加入适量微米SiO_2或纳米SiO_2使WF-SiO_2/PP复合材料的冲击强度提高了15%～25%。     

钛酸钾晶须增强聚四氟乙烯复合材料性能的研究

为研究钛酸钾晶须(PTW)对聚四氟乙烯(PTFE)复合材料性能的影响,本文详细地考察了PTW表面改性和含量对PTFE复合材料的力学、耐磨以及热性能影响.结果表明:改性后PTW表面能由69.2 mJ/m2降到50.7mJ/m2,分散性得到明显改善.PTW增强PTFE复合料的上述性能比纯PTFE的分别提高了19%、34%、3%、9%和10倍.SEM表明:PTW-PTFE的内部结构比GF-PTFE均匀致密.复合材料的力学性能最佳点出现在PTW含量为5～10wt%之间,具有纳米填料增强复合材料的特点.     

基于纳米CaCO_3/SiO_2涂布型防滑纸制备与工艺研究

制备以纳米CaCO_3和纳米SiO_2为防滑粒料的复合涂布型防滑纸,并对其性能进行研究。分别采用硬脂酸钠和KH570改性纳米CaCO_3和纳米SiO_2,以改性后的纳米CaCO_3和纳米SiO_2为防滑粒料、水性聚氨酯为防滑树脂、甘油为增塑剂,采用溶融共混法制备复合涂布型防滑纸,并对其性能进行评价。结果表明,当纳米SiO_2与纳米CaCO_3质量比为1:7,防滑粒料含量为6wt%,甘油含量为2wt%,干燥温度为70℃时,复合型防滑纸静摩擦系数为0.802,且最适的贮存环境为相对湿度90%,温度10℃。     

PET/SiO2纳米复合材料的研究进展

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种应用广泛的工程塑料,为进一步提升材料性能以拓宽其工程应用领域,采用无机纳米二氧化硅(SiO_2)粒子填充改性已成为最为有效的途径之一。针对PET/SiO_2纳米复合材料,主要从纳米SiO_2表面改性、复合材料制备以及复合材料性能三方面综述其研究进展。在此基础上,对PET/SiO_2纳米复合材料的研究方向进行了展望。     

有机累托石改性不饱和聚酯/玻璃纤维复合材料的性能

采用有机累托石(OREC)改性不饱和聚酯,制备OREC改性的不饱和聚酯/玻璃纤维三元复合材料,测试其力学性能,研究其耐介质性、耐紫外光老化性及耐热氧老化性能,并利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析复合材料的微观结构,探讨OREC改性不饱和聚酯/玻璃纤维复合材料的增强机理.结果表明,采用OREC能改善不饱和聚酯/玻璃纤维复合材料的力学性能,当OREC的质量含量为2%时,所制备的复合材料的综合性能最佳,与未改性的不饱和聚酯/玻璃纤维复合材料相比,弯曲强度增加了14.0%,弯曲模量增加了22.4%,层间剪切强度增加了8.2%,且改性后复合材料的耐水煮性能、耐碱性、耐紫外光性能及耐热氧老化性能均提高.     

功能化纳米SiO2改性环氧树脂复合材料及其摩擦磨损行为与机制

运用共价官能化技术,实现纳米SiO_2表面接枝3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性(T-SiO_2),并制备功能化纳米SiO_2改性环氧树脂复合材料(T-SiO_2/EP),分析改性后纳米SiO_2表面官能团和化学元素的变化规律,测试T-SiO_2/EP的主要力学性能,研究其在干摩擦条件下的摩擦磨损行为与机制。结果表明:功能化纳米SiO_2的引入,有效改善了环氧树脂的力学与摩擦学性能,且当功能化纳米SiO_2含量为2%时(质量分数,下同),环氧复合材料(2%T-SiO_2/EP)的显微硬度和断裂韧度均达到最大值(70.2HD和1.02MPa·m~(1/2)),并具有优异的减摩耐磨性能。干摩擦条件下,2%T-SiO_2/EP复合材料的摩擦因数和磨损失重分别为0.49和1.7mg,较纯环氧树脂分别降低了31.9%和34.6%,较未改性纳米SiO_2增强的环氧树脂复合材料(U-SiO_2/EP)分别降低了14%和10.5%,并对相应的磨损机理进行了分析。     

纳米SiO_2功能化改性石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的制备与性能

采用Hummers法制备了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO),再与经硅烷偶联剂(APTES)偶联改性纳米SiO_2所得的产物(nano SiO_2—NH_2)混合,制备了石墨烯片(Graphene Sheets,GS)接枝纳米SiO_2杂化材料(nano SiO_2-g-GS)。以nano SiO_2-g-GS为填料,热塑性聚氨酯(TPU)为基体,通过熔融共混法制备共混型nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料,并对填料和复合材料进行测试和表征。拉伸测试显示nano SiO_2-g-GS的加入对基体TPU有一定的补强作用,使复合材料定伸应力(300%、500%和1 000%)增大。DSC测试显示,与纯TPU相比,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料的结晶温度有大幅升高,填料含量为1wt%时,TPU的结晶温度升高了44℃。形状记忆测试结果显示,随nano SiO_2-g-GS含量增加,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料的形状回复率(Rr)逐渐降低,但形状固定率(Rf)逐渐升高。当nano SiO_2-g-GS质量分数为1wt%时,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料性能最佳。     

聚氨酯/SiO_2复合凝胶聚合物电解质的制备与性能EI北大核心CSCD

将聚氨酯(PU)与纳米SiO_2复合,采用相转移法制备了不同SiO_2含量的PU/SiO_2复合凝胶聚合物电解质。材料微观结构、热性能和电化学性能等测试结果表明,相转移法得到了多孔结构的聚合物膜,SiO_2颗粒较均匀地分散于PU基体中;随着SiO_2含量逐渐增加,电解质的吸液率和拉伸强度呈先上升后下降的趋势;差示扫描量热分析和热重分析测试结果表明,复合多孔电解质膜的玻璃化转变温度和热分解温度较纯PU有明显提高;SiO_2质量分数为5%时制备的PU/SiO_2复合多孔凝胶聚合物电解质综合性能最优,吸液率为163%,拉伸强度为5.45 MPa,5%分解温度高达324℃,20℃时离子电导率为3.02×10-3S/cm,电化学稳定窗口为5.32 V,显示了较好的应用前景。     

聚氨酯/SiO_2复合凝胶聚合物电解质的制备与性能

将聚氨酯(PU)与纳米SiO_2复合,采用相转移法制备了不同SiO_2含量的PU/SiO_2复合凝胶聚合物电解质。材料微观结构、热性能和电化学性能等测试结果表明,相转移法得到了多孔结构的聚合物膜,SiO_2颗粒较均匀地分散于PU基体中;随着SiO_2含量逐渐增加,电解质的吸液率和拉伸强度呈先上升后下降的趋势;差示扫描量热分析和热重分析测试结果表明,复合多孔电解质膜的玻璃化转变温度和热分解温度较纯PU有明显提高;SiO_2质量分数为5%时制备的PU/SiO_2复合多孔凝胶聚合物电解质综合性能最优,吸液率为163%,拉伸强度为5.45 MPa,5%分解温度高达324℃,20℃时离子电导率为3.02×10-3S/cm,电化学稳定窗口为5.32 V,显示了较好的应用前景。     

纳米SiO_2/交联聚苯乙烯复合材料的合成及性能

以气相纳米二氧化硅为填料,交联聚苯乙烯(CLPS)为基体,采用原位本体聚合法制备了不同二氧化硅含量的SiO_2/CLPS复合材料,并利用透射电镜、红外光谱、差示扫描量热分析、热重分析和动态力学分析等技术对材料微观结构、热性能和介电性能进行了研究。结果表明,SiO_2质量分数不超过2%时,SiO_2颗粒以5~7 nm的粒径均匀地分散于交联聚苯乙烯基体中,聚合物基体与SiO_2产生较强的界面作用,形成了介电性能优异的纳米复合材料,介电常数和介电损耗分别保持在2.48~2.50和(4~8)×10-4之间;随着SiO_2含量进一步增加,材料的介电损耗显著增大,复合材料动态储能模量和玻璃化转变温度随SiO_2含量增加呈先上升后下降的趋势,在SiO_2质量分数为2%时达到最高,复合材料的玻璃化转变温度较纯CLPS有明显提高。