聚丙烯/碳纳米管复合材料的结晶性能以及外场响应行为

本研究通过溶液-熔融共混的方法制备了不同导电填料含量的聚丙烯/碳纳米管(PP/MWCNTs)导电复合材料,通过DSC、SEM和自组装电阻仪详细地研究了PP/MWCNTs导电复合材料的结晶性能与导电性能的关系及其在外场作用下的响应行为.通过溶液-机械共混方式制备的PP/MWCNTs导电复合材料具有较低的导电填料逾渗阈值,约为2.1％(质量分数,下同),并且随着导电填料含量的增加,聚丙烯的导电性能、热力学稳定性和结晶性能显著提高,热力学分解温度从410.1℃提高到了435.2℃.通过分析PP/MWCNTs导电复合材料在单次循环的温度-电阻响应的数据发现,PP/MWCNTs导电复合材料在25～180℃内一直表现为正温度效应(PTC),且最大和最小电阻值基本上未发生明显变化,具有较好的单调性.在多次温度循环实验(25～145℃)过程中,复合材料的电阻率表现出良好的重复性和稳定性.此外,对恒温-电阻响应行为数据进行分析发现,导电网络随时间的变化出现破坏与重组的现象,晶体排斥效应起到了主要作用.随着恒温温度的升高,导电网络的重组时间逐渐延长,从大约5 min延长到了15 min.     

导电复合相变储能材料的制备及温敏响应性能

为探究相变储能材料聚乙二醇(PEG)的加入对多壁碳纳米管/聚乳酸(PLA/MWCNTs)复合材料的热力学稳定性、导电性能、力学性能和温敏响应行为的影响,采用溶液-熔融共混的方法制备了PLA/MWCNTs/PEG复合材料。PEG的加入能够提高PLA/MWCNTs/PEG复合材料的结晶性能和韧性,添加30%的PEG时,复合材料的起始结晶温度从109.2℃提升至126.5℃,断裂伸长率从11.2%提升到160.6%。等温-电阻测试数据表明,PLA/MWCNTs/PEG复合材料具有较高的导电稳定性能,并随着等温温度的提高,PLA/MWCNTs/PEG复合材料实现了从PTC到NTC效应的转变。此外,在不同温度的循环电阻测试中发现,随着热处理温度(T_end)的提升,复合材料的最大电阻值呈现上升趋势,复合材料的灵敏性得到改善;复合材料在热处理温度T_end=140～150℃的循环温度区间内,PEG的储能效果在降温过程中变得尤为显著,能够释放能量维持复合材料电阻性能的稳定。为制备具有柔性的高灵敏性的温度传感器提供了借鉴。     

超微竹炭增强聚丙烯复合材料的制备与性能

为提高聚丙烯(PP)基复合材料的力学性能和热学性能,将不同质量分数的超微竹炭(UFBC)作为增强体引入聚丙烯,通过熔融挤出及注塑成型工艺制备UFBC/PP复合材料。利用SEM和DSC分析、力学强度和吸湿性测试等手段综合表征复合材料性能。结果表明:UFBC与PP基体间界面结合紧密;UFBC的添加对PP复合材料的力学强度有较好的增强效果:UFBC质量分数为30wt%时,UFBC/PP复合材料的拉伸强度和弯曲强度达到较大值,分别为26MPa和54MPa,较纯PP分别提高了9%和18%,UFBC/PP复合材料的耐湿性仍保持较佳水平,吸湿率均小于0.1%;UFBC质量分数为40wt%时,熔融温度提高了3.1℃;UFBC质量分数为50wt%时,UFBC/PP复合材料的结晶温度提高了10.8℃。UFBC的添加有效促进了UFBC/PP复合材料的结晶,改善了其加工性。     

多壁碳纳米管增强炭黑/聚丙烯导电复合材料导电行为

为了充分利用不同导电粒子的导电作用,在炭黑(CB)/聚丙烯(PP)导电复合体系中引入了多壁碳纳米管(CNTs)。研究发现：引入的CNTs分散在CB粒子间起到“桥梁”作用,使体系的导电性能得到明显改善,并且CB∶CNTs为19∶1时其协同导电效果最好,该复合体系出现逾渗现象,对应的导电填料体积分数明显降低。在导电填料总体积分数为4.76%时,少量CNTs的引入就可使复合体系的体积电阻率从109Ω·cm下降到105Ω·cm;同时少量的CNTs能明显抑制炭黑/聚丙烯导电复合材料的正温度效应(PTC),使PTC强度从6.10降低到1.48,PTC转变峰温度从166℃升高到174℃。少量的 CNTs可以使PP的结晶温度提高12℃,对PP结晶的成核作用比CB更加明显。复合体系力学性能随导电填料体积分数增加而明显降低,但因为体积电阻率一定时CB-CNTs/PP体系所需导电填料体积分数较CB/PP体系明显降低,因此少量CNTs的引入能够使复合体系的力学性能得到更大程度的保持。     

功能三维石墨烯-多壁碳纳米管/热塑性聚氨酯复合材料的制备及性能

采用水热还原法将羧基化多壁碳纳米管（MWCNTs—COOH）接枝到氧化石墨烯（GO）上,经冷冻干燥得到三维石墨烯-多壁碳纳米管气凝胶（GA-MWCNTs）,再以热塑性聚氨酯（TPU）为填充体,通过真空浸渍法制得三维石墨烯-多壁碳纳米管/热塑性聚氨酯（GA-MWCNTs/TPU）复合材料。借助FTIR、Raman、XPS、TEM、SEM,对GA-MWCNTs的化学结构、微观形貌进行表征,并通过TGA-DSC、电阻测量仪和力学试验机,分析MWCNTs—COOH质量分数对GA-MWCNTs/TPU复合材料性能的影响。结果表明:MWCNTs—COOH在GO片层间起到交联和支撑作用,形成了蜂窝状三维网络结构,其孔径约为1.2 mm;当MWCNTs—COOH质量分数（以120 mg GO为基准）为10wt%时,GA-MWCNTs/TPU复合材料的导电性、热稳定性、力学性能均得到改善,相比于GA/TPU,体积电阻率降低了63.0%、热分解温度提高了7℃、30%应变下的应力提高了8.2%。      

电场诱导多壁碳纳米管有序排列对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料性能的影响

采用交流（AC）电场诱导法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）均匀分散且定向有序排列的MWCNTs/环氧树脂复合材料。采用SEM、偏振拉曼光谱等研究了电场强度、MWCNTs含量、加电时间及温度（黏度）等因素对MWCNTs定向排列的影响,讨论了MWCNTs有序排列对MWCNTs/环氧树脂复合材料电学和力学性能的影响。结果表明：MWCNTs沿电场方向有序排列;MWCNTs/环氧树脂复合材料施加AC电场后的拉曼强度明显高于未施加电场的情况;当MWCNTs含量从0wt%增加到0.025wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料导电率从2.3×10^-12 S/cm增加到1.3×10^-8 S/cm,增加了约4个数量级;MWCNTs含量为2.5wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料拉伸强度提高了26.3%。     

异氰酸酯功能化氧化石墨烯/热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备与性能

采用甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）对氧化石墨烯（GO）进行表面接枝改性,制得TDI功能化GO（TDI-GO）,再将其分散于4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中,经原位聚合法制备TDI-GO/热塑性聚氨酯弹性体（TPU）复合材料。利用FTIR、XPS、DSC、TG、SEM、维卡软化温度和拉力试验机等测试手段,表征和分析了TDI-GO的表面结构及TDI-GO含量对TDI-GO/TPU复合材料结构与性能的影响。结果表明,TDI成功接枝改性GO,TDI-GO的加入使TPU体系的微相分离程度减弱,其异相成核作用提高了TPU硬段相的结晶性能;相比纯TPU基体,TDI-GO/TPU复合材料耐热性能提高,当TDI-GO添加量为0.5wt%时,复合材料5%热失重温度提高了约9℃,维卡软化温度提高了约18℃;TDI-GO/TPU复合材料力学性能明显提高,与纯TPU相比,TDI-GO含量为0.5wt%的TDI-GO/TPU复合材料拉伸强度提高了近10 MPa,断裂伸长率提高了约32%。     

TPU/GO-ODA复合材料的结构与导电性能

目的以十八烷基胺(ODA)修饰的氧化石墨烯(GO-ODA)和热塑性聚氨酯(TPU)为主要材料,制备具有良好导电性能的复合材料。方法采用溶液浇注法与热压工艺制备热塑性聚氨酯/功能化石墨烯(TPU/GO-ODA)复合材料,考察GO-ODA的结构和导电性能,分析GO-ODA对TPU/GO-ODA复合材料的导电性能、拉伸-电阻敏感性的影响。结果 GO-ODA的导电性能明显优于GO;所制备的TPU/GO-ODA复合材料具有良好的导电性能,且它的拉伸-电阻敏感行为可重复性良好。结论 TPU/GO-ODA具有良好的导电性能、应变响应能力和可重复性。     

热处理对Cu-Ag合金原位复合材料结构与性能的影响

采用原位复合技术制备了Cu-10Ag合金原位复合材料,研究了热处理对形变复合材料的结构与性能的影响.热处理促使Ag沉淀析出和晶格常数降低.中间热处理增大极限拉伸强度(UTS)与改善导电率.采用不同的热机械处理获得了由不同强度与导电率组合的综合性能,典型的性能达到强度1500～1560MPa和导电率62%IACS～64%IACS.真实应变η=9.8的大变形Cu-10Ag合金原位复合材料的再结晶温度约350℃,其性能直至300℃是稳定的.自然时效处理提高大变形原位纤维复合材料的强度3.5%～5%,降低再结晶温度至250℃.     

纳米碳形貌对纳米碳/聚乙烯导电复合材料性能的影响

分别以纺锤形碳酸钙表面改性的二维片状石墨烯微片（CGM）和多壁碳纳米管（MWCNTs）作为导电剂填充改性聚乙烯（PE）制备导电复合材料。重点研究了二维或一维纳米碳/PE复合材料形成导电网络时力学与电学性能。CGM/PE或MWCNTs/PE复合材料达到抗静电要求时CGM的质量分数为8wt%,而MWCNTs的质量分数为1wt%。填充8wt% CGM的复合材料表现出优异的综合性能,而填充0.5wt% MWCNTs的复合材料综合力学性能达到最大值还未能达到抗静电要求,达到抗静电要求时MWCNTs/PE复合材料的综合力学性能出现下降趋势。通过形貌及流变学分析了复合材料不同的力学与电学性能的微观作用因素。CGM/PE复合材料流变渗流阈值与导电渗流阈值存在比较好的相关性,MWCNTs/PE复合材料达到流变渗流阈值还不能形成导电网络。结果表明,与二维CGM相比,一维MWCNTs不易均匀分散于聚合物基体中,并降低MWCNTs/PE复合材料的力学性能。     

Manufacturing techniques and property evaluations of conductive composite yarns coated with polypropylene and multi-walled carbon nanotubes

This study uses a melt extrusion method, a method for producing wires, to coat polyester (PET) yarns with polypropylene (PP) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). The resulting PP/MWCNTs-coated PET conductive yarns are tested for their tensile properties, processability, morphology, melting and crystallization behaviors, electrical conductivity, and applications. The test results indicate that tensile strength of the conductive yarns increases with an increase in the coiling speed that contributes to a more single-direction-orientated MWCNTs arrangement as well as a greater adhesion between PP/MWCNTs and PET yarns. 8 wt% MWCNTs results in an 18 °C higher crystallization temperature (T_c) of PP and an electrical conductivity of 0.8862 S/cm. The test results of this study have proven that this form of processing technology can prepare PP/MWCNTs-coated PET conductive yarns that have satisfactory tensile properties and electrical conductivity, and can be used in functional woven fabrics and knitted fabrics.     

石墨烯微片/聚丙烯导热复合材料的制备与性能

通过熔融共混法制备了两种不同型号石墨烯微片（GNPs）填加的GNPs/聚丙烯（PP）导热复合材料,研究了GNPs型号（KNG180,KNG150）和含量对其导热性能、密度、结晶性能和热稳定性能的影响。结果表明,KNG180 GNPs/PP复合材料密度高于KNG150 GNPs/PP,同时KNG180对提高聚丙烯结晶度的效果优于KNG150。随着石墨烯微片含量的增加,两种复合材料导热系数均明显增大,而且KNG180填充的复合材料导热性能明显优于KNG150;当KNG180的添加量为60%（质量分数）时,GNPs/PP复合材料的导热系数从纯聚丙烯的0.087 W/（m·K）提高到1.32 W/（m·K）,提高了14倍多。石墨烯微片的加入显著提高了聚丙烯的热稳定性,当KNG180或KNG150的质量分数为10%时,聚丙烯达到最大热失重速率时的温度从345.1 ℃分别提高到374.6 ℃和397.9 ℃,但是当石墨烯微片超过一定含量时,热稳定性会下降。     

硅烷接枝交联对MgO/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

采用两步法反应挤出工艺制备硅烷接枝交联MgO/高密度聚乙烯(MgO/HDPE)导热复合材料,研究了硅烷接枝、交联对MgO/HDPE复合材料的结晶性能、力学性能、耐热性、导热性能的影响,并利用FTIR和DSC对其接枝交联、结晶情况进行表征。结果表明,交联MgO/HDPE复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度、热变形温度(HDT)分别由未交联时的20.41 MPa、1.875kJ/m~2和74.6℃提升到27.24 MPa、7.875kJ/m~2和83.5℃,并且热导率保持基本不变0.447 W/(m·K)。     

壳聚糖-氧化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的原位溶液聚合及性能

为了制备高力学性能、阻隔性能和导热性能的热塑性聚氨酯(TPU)复合材料,采用改进的原位溶液聚合法,将壳聚糖改性的氧化石墨烯(CS-GO)与TPU预聚体接枝,再经扩链反应得到CS-GO/TPU复合材料。利用FTIR、XRD、FESEM对CS-GO进行表征,并采用万能试验机、氧气透过仪和导热仪对CS-GO/TPU复合材料的性能进行测试分析。结果表明:CS与GO之间存在氢键作用,CS-GO在TPU基体中的分散性优于GO。CS-GO的均匀分散有效阻隔了O₂的渗透,提高了CS-GO/TPU复合材料的阻隔性能。CS-GO与TPU基体之间的相互作用有利于应力载荷的传递和导热网络的形成,与纯TPU相比,当CS-GO含量为1wt%时,CS-GO/TPU复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了106.8%和111.2%,导热系数提高了1.55倍。      

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。     

The relationship of crystallization behavior,mechanical properties,and morphology of polypropylene nanocomposite fibers

This study aimed at the fabrication of lightweight and high performance nanocomposite fibers. Polypropylene/multiwalled carbon nanotubes (PP/MWCNTs) nanocomposite fibers (0–5 wt% of MWCNTs) were prepared via melt spinning process. The MWCNTs were dispersed in the dispersing agent before mixing with PP powder. After mixing, the dispersing agent was removed. Then the nanocomposites were spun into fibers. The fibers were spun and stretched with 7.5 draw ratios. Crystallization behavior and thermal properties of PP/MWCNTs nanocomposite fibers were studied using the differential scanning calorimeter (DSC) and thermogravimetric analyzer (TGA). The DSC curves of PP/MWCNTs nanocomposite fibers showed the crystallization peak at a temperature higher than that of neat PP fibers. These results revealed that the MWCNTs acted as nucleating sites for PP crystallization. The additions of MWCNTs into PP leaded to an increase in both crystallization temperature and crystallization enthalpy. However, no significant changes in the melting temperatures of the PP nanocomposites were detected. Degradation temperature of samples obtained from the TGA curves showed increase thermal degradation behavior for the PP/MWCNTs with the content of MWCNTs. It was found that the increase of tensile strength and modulus corresponded well with the increase of crystallinity of the composite fibers.     

有机硅/可膨胀石墨复合阻燃PP/TPU共混物的研究

为分析有机硅(Si)/可膨胀石墨(EG)对聚丙烯/热塑性聚氨酯/(PP/TPU)共混物性能的影响,通过差示扫描量热(DSC)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)、锥形量热仪(CONE)等表征方法对复合材料体系的结晶行为、热稳定性能、燃烧行为及残炭形貌特征进行了研究.结果表明:EG是一种有效的阻燃剂,能显著提高材料的阻燃性能;Si的存在对PP/TPU/EG复合材料有促进结晶作用,熔点增加,耐热性能得以提高,但Si的添加对复合材料体系的阻燃性能有一定的抑制作用,表明Si与EG复配在阻燃PP/TPU共混物时在阻燃效果上具有反协同效应.