核壳结构纳米复合材料的研究进展

核壳结构纳米复合材料可同时具备核层和壳层材料的性能,能表现出优异于单组份材料的光、电、磁和催化等理化性质。综述了核壳纳米结构材料的制备方法,主要包括溶胶-凝胶法、水热法、自组装法、超声化学法等,介绍了核壳纳米结构材料的性能特点,重点阐述了它们在光子晶体、生物医学、催化等领域的应用,最后展望了核壳结构纳米复合材料未来的发展方向。     

TiO2改性PC纳米纤维增强PMMA透光复合材料

利用同轴共纺技术制备出壳（聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA）－芯（聚碳酸酯,PC）复合纳米纤维,再通过热压将壳层熔融后得到PC纳米纤维增强PMMA透光复合材料. 分别在复合纳米纤维的壳层或芯层中添加不同含量的纳米二氧化钛（TiO₂）粒子,观察纳米颗粒在复合纤维不同结构中的分布,并分析其含量及分布状态对透光复合材料的可见光透过率、紫外光透过率以及力学性能的影响. 研究结果表明,分布在壳层的纳米TiO₂可明显提高复合材料的紫外光屏蔽性,拉伸性能得到增强,但是透光率有所下降;分布在芯层的纳米TiO₂对复合材料的透光率影响较小,而对拉伸性能的提高较引入壳层的效果更为显著.     

聚氯乙烯/聚丙烯酸丁酯-白泥纳米复合材料的冲击断面形态及流变性能

通过多步交换反应及扩散-聚合的方法,使聚丙烯酸丁酯(PBA)嵌入到改性层状结构的白泥层间,得到白泥-聚丙烯酸丁酯(PBA)纳米复合物的微米级粒子;然后将聚氯乙烯与白泥-聚丙烯酸丁酯进行熔融共混,制得具有一定特性的有机-无机纳米复合材料;并对复合材料的缺口冲击断面形态及流变性能进行了研究。结果表明,复合材料的冲击断面具有明显的网状结构和空洞化特征,属典型的韧性断裂;PVC/白泥-PBA(质量分数0.5%~7.0%)纳米复合材料基本上保持了纯PVC的加工性能。     

TiO2改性PC纳米纤维增强PMMA透光复合材料

利用同轴共纺技术制备出壳（聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA）－芯（聚碳酸酯,PC）复合纳米纤维,再通过热压将壳层熔融后得到PC纳米纤维增强PMMA透光复合材料. 分别在复合纳米纤维的壳层或芯层中添加不同含量的纳米二氧化钛（TiO₂）粒子,观察纳米颗粒在复合纤维不同结构中的分布,并分析其含量及分布状态对透光复合材料的可见光透过率、紫外光透过率以及力学性能的影响. 研究结果表明,分布在壳层的纳米TiO₂可明显提高复合材料的紫外光屏蔽性,拉伸性能得到增强,但是透光率有所下降;分布在芯层的纳米TiO₂对复合材料的透光率影响较小,而对拉伸性能的提高较引入壳层的效果更为显著.     

纳米碳酸钙/ 弹性体/ 聚苯乙烯体系的力学性能及形态

研究了纳米碳酸钙/ SBS 或mSBS/ 聚苯乙烯共混物体系的力学性能和形态。由于mSBS 和纳米碳酸钙较强的相互作用, 在PS 复合材料体系中, 更多的纳米碳酸钙进入弹性体相, 原位形成了以纳米碳酸钙为核、弹性体为壳层的结构。这种结构增加了弹性体的体积分数, 放大了弹性体的作用, 减少了分散到脆性PS 基体中的纳米碳酸钙粒子(尤其是纳米碳酸钙团聚体) 数量, 从而避免了对复合材料体系的不利影响; 另一方面, 可通过提高无机粒子的填充率降低材料成本。      

斜入射下水中隐身夹芯复合材料附体结构声学设计

摘 要：将隐身夹芯复合材料代替附体结构钢质壳板,建立了斜入射条件下水中隐身夹芯复合材料结构的声学模型;从水声波动方程出发,推导了二维空间声波斜入射时的传递矩阵,及带空腔水附体结构的声反射系数和吸声系数表达式;对带空腔水附体结构模型进行了垂直入射声学试验,试验结果与传递矩阵法数值计算吻合较好;对试验模型进行了斜入射下声学性能数值计算,分析了入射角对反射系数和吸声系数的影响;考虑斜入射下夹芯层厚度、密度、损耗因子、及水层厚度等对隐身附体结构声学性能的影响,应用数值方法对水中隐身夹芯复合材料附体结构进行了声学设计,分析了各层材料参数和几何参数对隐身结构反射系数和吸声系数的影响规律。     

纳米CaCO_3/ACR复合物的制备及在PVC改性中的应用

采用种子乳液聚合法合成了具有核壳结构的纳米C aCO3/ACR复合胶乳。将其与PVC进行共混,考察了不同界面结构对复合材料力学性能的影响,并用TEM、SEM对复合粒子分散情况及共混物断面形态进行了考察。结果表明,纳米复合粒子在PVC基质中达到了纳米级分散;用钛酸酯处理的纳米C aCO3优于用硬脂酸处理的纳米C aCO3的改性效果;核层与壳层单体比、壳层单体比都存在最佳值。     

核壳结构纳米复合材料的研究进展

纳米粒子由于具有大量的潜在应用,近年来已引起人们极大的关注.通过制备具有核壳结构的纳米复合材料可以使其获得更多特殊的性质.综述了最近几年制备壳核结构纳米粒子的方法,根据其核、壳的不同材料分了4类,并对其中某些方法进行了比较,同时指出了目前该领域的应用前景、存在的不足和今后的研究发展方向.     

纳米CaCO3/ACR复合物的制备及在PVC改性中的应用

采用种子乳液聚合法合成了具有核壳结构的纳米CaCO3/ACR复合胶乳.将其与PVC进行共混,考察了不同界面结构对复合材料力学性能的影响,并用TEM、SEM对复合粒子分散情况及共混物断面形态进行了考察.结果表明,纳米复合粒子在PVC基质中达到了纳米级分散;用钛酸酯处理的纳米CaCO3优于用硬脂酸处理的纳米CaCO3的改性效果;核层与壳层单体比、壳层单体比都存在最佳值.     

由聚碳硅烷生成纳米SiC颗粒增强B4C基复相陶瓷的结构与性能

制备了由聚碳硅烷（PCS）为先驱体裂解形成的纳米SiC增强的B4C基复合材料，并与直接球磨混合法制备的纳米SiC增强的B4C基复合材料进行了对比研究。实验结果表明，先驱体法制备的复合材料形成一种复杂的晶内/晶间结构；B4C内部的纳米SiC和Al2O3内部的少量纳米SiC、晶界处的层片状SiC、B4C晶粒内部的SiC亚晶界结构。材料的断裂方式以穿晶断裂为主，形成晶内裂纹扩展路径，增强了材料的韧性，采用PCS为先驱体工艺制备高性能的纳米复相陶瓷，其组织均匀性、致密度和力学性能均优于直接机械混合制备的纳米复合材料。     

Mechanical,thermal expansion,and flammability properties of co-extruded wood polymer composites with basalt fiber reinforced shells

Basalt fiber (BF) filled high density polyethylene (HDPE) and co-extruded wood plastic composites (WPCs) with BF/HDPE composite shell were successfully prepared and their mechanical, morphological and thermal properties characterized. The BFs had an average diameter of 7 μm with an organic surfactant surface coating, which was thermally decomposed at about 210 °C. Incorporating BFs into HDPE matrix substantially enhanced flexural, tensile and dynamic modulus without causing a noticeable decrease in the tensile and impact strength of the composites. Micromechanical modeling of tensile properties for the BF/HDPE composites showed a good fit of the selected models to the experimental data. Compared to neat HDPE, BF/HDPE composites had reduced linear coefficient of thermal expansion (LCTE) values. The use of the pure HDPE and BF/HDPE layers over a WPC core greatly improved impact strength of core–shell structured composites. However, the relatively less-stiff HDPE shell with large LCTE values decreased the overall composite modulus and thermal stability. Both flexural and thermal expansion properties were enhanced with BF reinforced HDPE shells, leading to well-balanced properties of core–shell structured material. Cone calorimetry analysis indicated that flammability performance of core–shell structured composites was improved as the BF content increased in the shell layer.     

单板层积材-木粉/高密度聚乙烯共挤出复合材料抗低速冲击性能

通过共挤出技术制备具有核壳结构的共挤出复合材料,其中壳层为木粉/高密度聚乙烯（W/HDPE）,核层为杨木单板层积材（LVL）,测试了LVL-W/HDPE和LVL在50 J、75 J及100 J能量下的低速冲击性能,并进一步研究水煮-冰冻-干燥环境处理后两者的低速冲击性能。结果表明,与LVL相比,在50 J能量冲击过程中LVL-W/HDPE的吸收能量和损伤深度分别降低2.9%和15.9%;在75 J能量冲击过程中LVL-W/HDPE的吸收能量和损伤深度分别降低3.9%和9.2%;而在100 J能量冲击下,两者的抗冲击性能基本相同;经水煮-冰冻-干燥环境处理后,由于壳层WPC的保护作用,LVL-W/HDPE不仅保持了良好的抗冲击性能,还表现出了优异的耐环境性能。     

玻璃纤维含量对竹粉/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

为利用玻璃纤维提高木塑复合材料的综合性能,探讨玻璃纤维含量对竹粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料性能的影响规律,首先,采用A-171硅烷偶联剂对竹粉表面进行了改性,并加入了一定量的玻璃纤维;然后,采用热压成型工艺制备了玻璃纤维-竹粉/HDPE复合材料;最后,考察了玻璃纤维含量对复合材料力学性能、热学性能及摩擦学性能的影响,并利用SEM观察材料的断面和磨损表面形貌。结果表明:当玻璃纤维含量为3wt%时,能显著提高竹粉/HDPE复合材料的拉伸强度和弯曲强度,与未添加玻璃纤维的复合材料相比,添加玻璃纤维后复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别提高了19.41%和23.54%;在30~60℃温度范围内,复合材料长度-宽度方向上的线膨胀系数随着玻璃纤维含量的增加而明显减小,而同一复合材料的线膨胀系数随温度的升高而逐步增大;在氮气气氛下,随玻璃纤维含量的增加,竹粉/HDPE复合材料的摩擦系数先逐渐增大,而后基本保持不变,磨损率逐渐减小。所得结论显示玻璃纤维含量为3wt%~7wt%的木塑产品适用于建筑横梁(如凉亭或桥梁等),而玻璃纤维含量为7wt%~10wt%的木塑产品适用于高人流量场所(如公园或休闲绿道等)的地面铺装。      

铝矾土改性竹粉/HDPE复合材料性能

为制备高性能的木塑复合材料,扩展其应用领域,采用A-171硅烷偶联剂对竹粉进行表面改性,并添加一定量的铝矾土,经热压成型制备了竹粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料。分析了铝矾土用量对竹粉/HDPE复合材料力学性能、耐热性和摩擦性能的影响。采用XRD分析了铝矾土的结晶特性,利用SEM和EDS分析了竹粉/HDPE复合材料的断面形貌和表面元素分布情况。结果表明:加入适量铝矾土后,竹粉/HDPE复合材料的力学强度、耐热性及耐磨性能得以改善。铝矾土在竹粉/HDPE复合材料基体中分布均匀,可有效承担载荷,同时提高了竹粉/HDPE复合材料的结晶性能,降低了竹粉/HDPE复合材料在外在应力下引起的变形和破坏;但铝矾土用量过高,分布不均匀,容易形成团聚现象,导致竹粉/HDPE复合材料的力学强度和耐磨性降低,线性热膨胀系数增大。     

水热处理对可逆热致变色竹粉/塑料复合材料性能的影响

探讨了水热处理对可逆热致变色竹粉/塑料复合材料的材色和力学性能的影响。通过ESEM观察竹粉/塑料试样表面的微观结构;分别利用FTIR和DSC方法表征试样表面化学成分的变化以及试样的结晶度。研究结果表明：水热处理对可逆热致变色竹粉/塑料复合材料各性能具有较大的影响,其影响程度为：水热80 ℃处理>常温水浴处理>干热80 ℃处理,水热处理使试样表面产生较大裂纹,接触角和力学性能明显降低,材色变化非常显著;常温水浴处理使得试样表面产生微裂纹,接触角略有降低,其力学性能呈现先升后降再升高的趋势,材色变化较明显;干热处理之后的试样表面光滑、平整,接触角反而增大,其力学性能变化不一致,材色变化不明显。红外光谱和差示扫描量热法分析表明,干热80 ℃、常温水浴和水热80 ℃处理使竹粉和高密度聚乙烯发生一定程度的降解,且高密度聚乙烯会发生再结晶现象。     

四种植物纤维/高密度聚乙烯木塑复合材料耐海水腐蚀性能比较

为比较桉木、杨木、竹粉和稻壳为改性相的高密度聚乙烯（HDPE）基四种木塑复合材料耐海水腐蚀性能,对其进行模拟海水加速腐蚀试验,测试四种HDPE基木塑复合材料腐蚀前后力学性能和色差值,分析其腐蚀前后微观形貌和官能团变化。结果表明:模拟海水腐蚀导致四种HDPE基木塑复合材料两相结合质量变差（裂隙和空洞增多）,力学性能下降,色差值变大（桉木/HDPE、杨木/HDPE和稻壳/HDPE复合材料趋于变白、变黄和变绿,竹粉/HDPE复合材料趋于变白、变蓝和变绿）,羟基含量增多。模拟海水腐蚀21天,四种HDPE基木塑复合材料弯曲强度和弯曲模量降幅为:桉木/HDPE复合材料分别为12.94%和23.18%;竹粉/HDPE复合材料分别为15.45%和23.20%;稻壳/HDPE复合材料分别为18.53%和25.15%,杨木/HDPE复合材料分别为18.52%和34.21%。模拟海水腐蚀后,力学性能下降和颜色变化及断面裂隙和孔洞缺陷最少的是桉木/HDPE复合材料,最多的是杨木/HDPE复合材料。      

HOPE/CaCO_3共混物中的“芯-壳”模型

经磷酸酯偶联剂处理的碳酸钙粒子表面沉积一层烷基磷酸钙盐,其与高密度聚乙烯(HDPE)熔融共混时相互作用形成柔性界面层。将栗性界面层看成碳酸钙的壳,碳酸钙粒子看成芯,笔者建立了碳酸钙的“芯-壳”模型,该模型得到了电子显微镜和拉伸实验的证实。本文还分析了碳酸钙芯-壳内外的应力分布,结果表明,界面粘接和壳层厚度对HDPE/CaCO_3共混物的刚性和韧性具有重要影响。     

交联剂对HDPE/竹粉复合发泡材料性能的影响

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体塑料,偶氮二甲酰胺与氧化锌复配物为发泡剂,过氧化二异丙苯(DCP)为交联剂,采用两步模压发泡法制备了HDPE/竹粉复合发泡材料,并研究了交联剂对复合材料密度和回弹性能、发泡性能、力学性能的影响。结果表明:当交联剂的添加质量分数为0.6%时,HDPE/竹粉复合发泡材料的密度达最小值,为0.054 g/cm~3;回弹率达最大值,为90.5%;当交联剂的添加质量分数为0.4%时,复合发泡材料的泡孔分布相对多而均匀,弯曲强度达最大值,为29.3 MPa,相比未发泡材料约低8.2%,冲击强度为6.8 k J/m~2,相比未发泡材料约低16%。     

Effects of Blending Routes on the Morphology and Properties of PA-6/Nano-CaCO3/MA-POE Ternary Composites

The effect of blending routes on the morphology and properties of Polyamide-6 (PA-6)/nano-CaCO3/Maleated ethylene-octane copolymer (MA-POE) ternary composite was analyzed using static mechanical test (DMA), TEM (transmission electronic microscope) and SEM (scanning electron microscope). It was found that MA-POE, as an impact modifier, had a profound effect upon the toughness of the PA-6/nano-CaCO3 composite. In particular, by adopting two-stage blending route, the microstructure of the ternary composites turned to core-shell structure, and the impact toughness was improved greatly. At the same time, tensile strength and dynamic storage modulus (E1) were higher than those with one-stage blending route processed ternary composite. The results suggest that blending routes may improve the properties of PA-6/nano-CaCO3/MA-POE ternary composites.     

Dimensional stability and mechanical behaviour of wood–plastic composites based on recycled and virgin high-density polyethylene (HDPE)

This paper investigated the stability, mechanical properties, and the microstructure of wood–plastic composites, which were made using either recycled or virgin high-density polyethylene (HDPE) with wood flour (Pinus radiata) as filler. The post-consumer HDPE was collected from plastics recycling plant and sawdust was obtained from a local sawmill. Composite panels were made from recycled HDPE through hot-press moulding exhibited excellent dimensional stability as compared to that made from virgin HDPE. The tensile and flexural properties of the composites based on recycled HDPE were equivalent to those based on virgin HDPE. Adding maleated polypropylene (MAPP) by 3–5 wt% in the composite formulation significantly improved both the stability and mechanical properties. Microstructure analysis of the fractured surfaces of MAPP modified composites confirmed improved interfacial bonding. Dimensional stability and strength properties of the composites can be improved by increasing the polymer content or by addition of coupling agent. This project has shown that the composites treated with coupling agents will be desirable as building materials due to their improved stability and strength properties.