功能化氧化石墨烯/聚氨酯-环氧树脂复合材料的制备及其性能

利用氧化石墨烯(GO)表面的羟基分别与硅烷偶联剂KH550、KH560反应,制备功能化氧化石墨烯(KH550-GO、KH560-GO),分析了GO功能化前后的微观结构变化;通过溶液插层法将GO加入到聚氨酯-环氧树脂(PU-EP)基体树脂中制备GO/PU-EP复合材料,并对其拉伸性能及热性能进行测试。研究结果表明,KH550、KH560成功对GO进行了功能化,并且与PU-EP复合材料相比,GO/PU-EP复合材料的拉伸性能和热性能均有明显的提高。其中,KH550-GO的加入对基体树脂力学性能和热性能的改善尤为明显。添加0.1wt%的KH550-GO,基体树脂拉伸强度和拉伸模量分别提高了39.0%和94.4%,同时初始热分解温度提高了12℃。     

纳米金刚石改性水性聚氨酯的制备及性能研究

对纳米金刚石(ND)进行表面改性,通过红外、扫描电镜和X射线衍射仪对ND进行结构分析。通过在合成聚氨酯预聚体阶段加入ND成功制备了ND-水性聚氨酯(ND-WPU)复合材料,并对其进行了热重分析、扫描电镜分析和力学性能测试。结果表明:当ND的质量添加分数为0.20%时,改性效果最好。复合材料的初始分解温度增加了15℃,拉伸强度增大了12MPa。此外,随着ND含量的增大,疏水性得到了明显提升,水接触角由69.5°提高到了90.8°。     

有机改性高岭土/聚氨酯纳米复合材料的制备与表征

用原位插层复合法制备了有机改性纳米高岭土/聚氨酯复合材料。研究了纳米复合材料的力学性能、耐热性能及纳米填料在复合材料中的形态。结果表明,当改性纳米高岭土质量分数为3%时,复合材料的拉伸强度为29.3 MPa、弹性模量达6.23 MPa、断裂伸长率达492%,均比纯聚氨酯弹性体增加10%以上,同时其热稳定性也有所提高;改性纳米高岭土加入量低于3%时,以剥离形态存在于聚氨酯基体中,而高于3%时,则开始出现片层形态且有团聚现象。     

高聚物改性锌铝水滑石的制备及对聚氨酯脲力学性能的影响

利用微反应器通过共沉淀法制备锌铝水滑石(Zn Al-LDH),将其与阴离子水性聚氨酯混合,通过表面修饰得到疏水性能提高的类水滑石杂化物(polymer-LDH,以下简称P-LDH),利用原位聚合法制备不同P-LDH含量的类水滑石/聚氨酯脲复合材料。采用红外光谱、X射线衍射和热重分析对P-LDH的结构与性能进行了分析,研究了聚氨酯脲/P-LDH复合材料的氢键化作用、结构、形貌及力学性能。结果表明,经表面修饰的类水滑石杂化物,其疏水性能明显提高,疏水角可达100°。复合材料中P-LDH的质量分数在1%～2%的范围内,对聚氨酯脲表现出优异的增强增韧效果。其中,拉伸强度由38. 6 MPa提高到51. 5 MPa,增幅约33. 6%,扯断伸长率由421%增至507%,提高20. 5%。     

原位聚合氧化石墨烯/聚氨酯复合材料及其性能研究

将氧化石墨烯(GO)通过超声破碎的方法分散在丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)中,采用逐步原位聚合的方法将GO参与聚氨酯(PU)的合成反应。将GO片层状态接枝到PU链段当中,制得PU/GO复合材料,并对复合材料的结构进行了表征。实验结果表明:GO与PU进行交联反应并且在基体内分散均匀,在GO添加量为7份条件下,制得的PU/GO复合材料的断裂伸长率达到49.0%,拉伸强度达到28.0MPa,储能模量达到5.08MPa(在130℃条件下),交联密度达到5.05×10~(-4) mol/cm~3,300℃时失重率达到60%,48h吸水率仅为0.3%,具有较好的力学性能、热稳定性能和耐水性能。     

多壁碳纳米管-聚氨酯/聚丙烯复合材料导电网络结构的演变与性能调控

为研究多壁碳纳米管(MWCNTs)和热塑性弹性对MWCNTs-聚氨酯/聚丙烯(MWCNTs-TPU/PP)复合材料结晶性能、导电性能、拉伸性能及外场响应行为,通过溶液-熔融法制备了MWCNTs-TPU/PP复合材料。MWCNTs的引入能够提高MWCNTs-TPU/PP复合材料的导电性能和结晶性能,导电逾渗值质量分数约为1.9wt%,开始结晶温度从117.5℃提高到131.2℃。通过电阻仪和温控装置的联用在线表征了在不同热处理温度下导电网络的构建和破坏过程,随着热处理温度从110℃提高到175℃,MWCNTs-TPU/PP复合材料的导电性能和结晶度得到改善;TPU的引入能够显著降低MWCNTs-TPU/PP复合材料对温度的反应时间从约10 min缩短到约3 min,温度响应行为得到显著改善。通过拉伸数据分析表明,MWCNTs含量的增加能够提高MWCNTs-TPU/PP复合材料的拉伸强度和断裂伸长率,MWCNTs添加量为2.5wt%时,复合材料的拉伸强度从~35 MPa提高到~47 MPa;应变-电阻数据表明,TPU的引入能够改善MWCNTs-TPU/PP复合材料在循环拉伸过程中应变的可回复性和导电网络结构的稳定性。      

聚氨酯/有机改性蛭石复合材料的制备及性能研究

聚合物/层状硅酸盐复合材料是近年来比较广泛应用的新型材料。以十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)改性蛭石作为前驱体,通过高速搅拌-超声分散法将聚碳酸酯多元醇(PCDL)分散到蛭石层间作为软段,以1,4-环己烷二异氰酸酯(CHDI)为硬段,通过插层聚合得到聚氨酯/有机改性蛭石复合材料。利用FT-IR、XRD、TGA、SEM和拉伸强度测试等对有机改性蛭石进行结构表征,并且对复合材料的性能进行了探讨。研究表明,蛭石通过有机改性,层间距增大到2.37nm,PCDL超声分散后层间距进一步增加到2.92nm。复合材料的力学性能明显增强,拉伸强度为26.8 MPa,比纯聚氨酯增加了52.3%,复合材料抗温可达到300℃。     

添加剂种类对气-液膜接触器用聚醚砜膜结构和润湿性能的影响研究

以二甲基乙酰胺为溶剂,聚醚砜(PES)为膜材料,采用浸没沉淀相转化法制备PES膜,研究了多种亲/疏水性的添加剂对PES膜表面结构和耐润湿性能的影响,通过场发射扫描电子显微镜和接触角测定仪对不同种类添加剂的PES膜进行表征。结果表明,以疏水性添加剂所形成的膜表皮层致密、基底侧开孔较小并且较为粗糙,以辛醇为添加剂的PES膜的接触角为105.4°。亲水性添加剂聚乙二醇-400、乙二醇和丙三醇制得的PES膜的机械性能有所降低,拉伸强度从5.25MPa分别降低到3.14、3.94和3.71MPa。     

加压密闭氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备及阻燃性能

采用改进的Hummers法对可膨胀石墨进行加压密闭氧化处理制备了氧化石墨烯(GO),并利用X射线衍射分析、紫外可见吸收光谱和透射电镜对其进行了表征。利用原位乳化法制备了氧化石墨烯/水性聚氨酯(GO/WPU)纳米复合材料。研究了GO含量对GO/WPU纳米复合材料的稳定性、形态、热降解性能和阻燃性能的影响。Zeta电位和扫描电镜的研究表明,GO在GO/WPU纳米复合材料中具有良好的稳定性和分散性。热失重分析结果表明,和纯WPU相比,GO/WPU纳米复合材料的热稳定性略有降低,但800℃时含量2%GO的纳米复合体系的残炭量从0.99%增大到2.90%。锥形量热仪分析结果表明,随着GO在GO/WPU纳米复合材料中的含量增大,材料的阻燃抑烟性能逐渐增强。当GO的含量为2%时,和纯WPU相比,GO/WPU纳米复合材料的峰值热释放速率、总释放热、总烟释放以及烟因子分别降低了34%,19%,27%和43%。     

原位聚合制备聚氨酯/氧化石墨烯纳米复合材料的力学性能和热稳定性能研究

采用两步投料法,将氧化石墨烯(GO)与4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)充分反应后、再加入聚醚多元醇和三羟甲基丙烷原位聚合制备聚氨酯(PU)/GO纳米复合材料。用广角x衍射、拉伸仪、热失重分析仪和扫描电子显微镜等研究了GO含量对PU/GO复合材料弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率和热稳定性能的影响。研究发现当GO含量为0.2%时,GO在PU基体内分散均匀未出现团聚现象;当GO含量增加时,出现GO团聚体,且随着GO含量增加而增加。GO团聚现象对PU/GO复合材料的力学性能和热稳定性提高具有不利的影响。未出现GO团聚体的PU/0.2%GO复合材料具有最佳力学性能和热稳定性。用连二亚硫酸钠、氢氧化钠水溶液就地还原制备还原PU/GO纳米复合材料(PU/rGO),研究GO还原对复合材料力学性能和热稳定性的影响。结果发现,GO在PU基体内可以实现一定程度的就地还原,还原后复合材料的力学性能有所下降,但热稳定性能有所提高。     

乙二胺化氧化石墨烯改性超支化聚氨酯-含丙烯酸酯复合乳液的制备与表征

采用乙二胺与丙烯酸丁酯依次对氧化石墨烯(GO)进行改性引入乙烯基(MGO),然后与丙烯酸酯类(含羟基)单体聚合获得含-OH的MGO/PA;同时在超支化聚氨酯核外围接枝线性聚氨酯获得含-NCO的超支化聚氨酯预聚体,两者混合后缩聚并交联,经乳化获得乙二胺化GO改性超支化聚氨酯-含丙烯酸酯复合乳液。通过红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜、原子力显微镜、扫描电镜、热重分析等对材料进行表征,并探讨了不同含量MGO对乳液力学稳定性、胶膜耐水性、热性能以及力学性能的影响。结果表明,乙二胺对GO改性成功,剥离更完全且分散性很好。当引入聚丙烯酸酯(PA)固定含量为16%,随着MGO含量的增加,胶膜的水接触角、拉伸强度、吸水率均呈现先增加后降低的趋势,当MGO质量分数为0.46%时,与HBPU基体有较好的相容性,复合材料的综合性能最佳,其热分解温度提高了29℃,胶膜表面水接触角为99.7°,24 h吸水率为5.21%,拉伸强度为15.37 MPa,断裂伸长率为445.3%。     

纳米纤维素/氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备及表征

以纳米纤维素(CNF)为分散介质,氧化石墨烯(GO)为增强介质,多壁碳纳米管(MWNT)为导电介质,机械搅拌后真空抽滤制备CNF/GO/MWNT复合薄膜,研究GO/MWNT含量对复合薄膜性能的影响,采用红外、Raman光谱、扫描电镜、透射电镜对薄膜的结构和形貌进行表征,采用动态力学分析、热重分析和电导率测试研究薄膜的力学性能、热性能和电性能。结果表明,薄膜的拉伸强度随GO含量的增加先增加后减小,薄膜电导率和耐热性随MWNT用量增加而增加,当CNF/GO/MWNT质量比为20/10/70时,复合薄膜性能最佳,薄膜的电导率达到236.07 S/m,拉伸强度为25.13 MPa,180~300℃区间材料的热失重为9.45%,最大热分解速率对应温度达到322.69℃。扫描电镜、透射电镜结果表明,GO在材料内部呈现规整结构,CNF能有效分散GO/MWNT,形成均匀分散液。     

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%。     

氧化石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备与性能

氧化石墨烯(GO)是石墨烯重要的衍生物之一,通过氧化和超声波分散制备了GO纳米片/环氧树脂复合材料。采用XRD、拉曼光谱、FTIR和TEM表征了GO纳米片的结构与形貌,研究了GO纳米片用量对GO纳米片/环氧树脂复合材料热稳定性、力学性能及介电性能的影响。结果表明:GO纳米片的加入提高了GO纳米片/环氧树脂复合材料失热稳定性;随着GO纳米片填充量的增加,GO纳米片/环氧树脂复合材料的冲击强度和抗弯性能先提高后降低,其介电常数和介电损耗则先减小后增加。GO纳米片填充量为0.3wt%的GO纳米片/环氧树脂复合材料的失重5%时的热分解温度由纯环氧树脂的400.2℃提高到424.5℃,而冲击强度和弯曲强度分别在GO纳米片填充量为0.2wt%和0.3wt%时达到最大,冲击强度由纯环氧树脂的10.5kJ/m2提高到19.7kJ/m2,弯曲强度由80.5 MPa提高到104.0 MPa。     

球磨共混制备优异抗原子氧性能的氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜

通过简单的机械共混（球磨共混）和高温压制的方法,制备了一系列具有良好抗原子氧（AO）性能的氧化石墨烯/聚酰亚胺（GO/PI）复合薄膜。微量（0.5wt%） GO的引入可使GO/PI复合薄膜的抗AO性能提高17.9%。同时,含0.5wt% GO的GO/PI复合薄膜也表现出良好的热稳定性能和力学性能。热重分析表明,含0.5wt% GO的GO/PI复合薄膜在质量损失为5%时的温度（T_d5）为519.4℃,比纯PI薄膜高14.7℃;拉伸强度为111.9 MPa,杨氏模量为2.1 GPa,与纯PI薄膜相比,分别提高了4.3 MPa和0.1 GPa。与传统的原位聚合法相比,机械共混-高温压制的方式更易于操作和控制,使具有优异综合性能的GO/PI复合薄膜的大规模量产成为可能。     

超支化聚氨酯改性水性环氧树脂固化剂的制备与性能

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)和二乙醇胺(DEOA)为原料,合成出了超支化聚氨酯核HBPU-0;以IPDI、聚醚多元醇(N210)、DMPA等原料合成线型聚氨酯,然后将线型聚氨酯接枝到HBPU-0上,制备出超支化聚氨酯(HBPU);再以HBPU、环氧树脂E-44、丁基缩水甘油醚单封端的四乙烯五胺(TEPA-660a)为主要原料制备出超支化聚氨酯改性水性环氧树脂固化剂。用红外光谱、核磁共振、透射电镜、扫描电镜和热失重等方法表征和测试了聚合物的结构与性能,研究了HBPU含量对固化膜断面形貌、力学性能、热性能的影响。结果表明,当HBPU质量分数达到24%时,固化膜的综合性能最佳,此时冲击强度为23.4kJ/m2,拉伸强度为52.4 MPa,5%和50%的质量热损失温度分别为287.5℃和376℃,与未改性环氧树脂相比,柔韧性和耐热性均有显著提高。     

乙二胺化氧化石墨烯-羟基硅油/超支化聚氨酯三元复合材料的制备与性能

采用乙二胺部分还原修饰氧化石墨烯（GO）获得EGO,并将其作为改性剂。以异氟尔酮二异氰酸酯、聚醚二元醇、羟基硅油（HPMS）和二羟甲基丙酸等主要原料合成含硅线性聚氨酯（HPMS/LPU）,然后将其接枝在实验室自制多羟基超支化聚氨酯核（HBPU-0）上,最后与EGO反应,制备了乙二胺化GO改性的含硅超支化聚氨酯（EGO-HPMS/HBPU）。利用FTIR、Raman、XRD、XPS、TEM、AFM、SEM和TG等分别对EGO-HPMS/HBPU三元复合乳液及其胶膜的形貌和性能进行了表征,并研究了EGO和羟基硅油含量对EGO-HPMS/HBPU复合材料综合性能的影响。结果表明,当添加0.5wt% EGO且变量为HPMS时,EGO在聚氨酯基体中稳定分散,与单一改性材料相比,其协同改性复合材料EGO-4wt% HPMS/HBPU综合性质最佳,此时,其不同失重条件下热解温度的提高展示材料良好的稳定性,24 h吸水率降至5.13%,水接触角为101.3°,EGO-4wt% HPMS/HBPU的拉伸强度与断裂伸长率分别为11.18 MPa和553.2%,获得了疏水、手感光滑柔软的复合产品。     

水性聚氨酯/纳米二氧化硅杂化材料的制备及性能

以三羟甲基丙烷(TMP)为内交联剂,合成了一种内交联的水性聚氨酯(WPU)预聚体,以KH550为偶联剂,加入亲水型纳米二氧化硅(A200),通过溶胶-凝胶过程合成了一种水性聚氨酯/纳米二氧化硅杂化材料(PUSi).通过红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)和透射电镜(TEM)等测试对PUSi的结构和性能进行了研究,并...     

凝胶注模成型技术制备氧化石墨烯/HA复合材料的研究

以氧化石墨烯和纳米羟基磷灰石(HA)粉体为原料,采用凝胶注模成型技术制备了氧化石墨烯/HA复合材料。研究了有机单体、浆料固相含量和石墨烯含量对氧化石墨烯/HA浆料粘度的影响,观察了陶瓷浆料的凝胶固化过程并测量了固化后生坯的密度和抗压强度,分析了氧化石墨烯含量对烧结后复合材料抗弯强度和断裂韧性的影响,观察了试样断口的显微组织。研究结果表明,有机单体含量为15%(质量分数,下同),固相含量为45%,氧化石墨烯含量为1.5%时,氧化石墨烯/HA浆料的粘度最佳,为362.9mPa·s,浆料的分散性良好,固化后生坯具有较高的密度和抗压强度。随氧化石墨烯含量的增加,复合材料的抗弯强度和断裂韧度均先增加后降低。当氧化石墨烯含量为1.5%时,1 150℃烧结样品的抗弯强度为81.5MPa,断裂韧性为1.52MPa·m1/2,分别比HA基体提高了151.8%和74.7%,因此添加氧化石墨烯后的HA复合材料的力学性能更佳。     

Microstructure and mechanical behavior of laser aided additive manufactured low carbon interstitial Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.5 multicomponent alloy

Laser aided additive manufacturing(LAAM)was used to fabricate bulk Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.5 interstitial multicomponent alloy using pre-alloyed powder.The room temperature yield strength(σy),ultimate tensile strength(σUTS)and elongation(εUST)were 645 MPa,917 MPa and 27.0％respectively.The as-built sample consisted of equiaxed and dendritic cellular structures formed by elemental segregation.These cellular structures together with oxide particle inclusions were deemed to strengthen the material.The other contributing components include dislocation strengthening,friction stress and grain bound-ary strengthening.The high εUTS was attributed to dislocation motion and activation of both twinning and transformation-induced plasticity(TWIP and TRIP).Tensile tests performed at-40℃and-130℃demonstrated superior tensile strength of 1041 MPa and 1267 MPa respectively.However,almost no twinning was observed in the fractured sample tested at-40℃and-130℃.Instead,higher fraction of strain-induced hexagonal close-packed(HCP)ε phase transformation of 21.2％were observed for fractured sample tested at-40℃,compared with 6.3％in fractured room temperature sample.