微纳米SiO2/PP复合材料增强增韧的实验研究

为了研究无机刚性颗粒对通用塑料聚丙烯 (PP) 的力学性能的影响, 采用熔融共混方法制备了经硅烷偶联剂A-151处理的SiO₂/PP 复合材料, 并通过其缺口冲击、 拉伸、 弯曲试验和冲击断面的形貌观察, 分析研究了微纳米SiO₂颗粒大小、 填充量、 表面改性以及不同颗粒大小SiO₂混合物对PP复合材料增韧、 增强效果的影响。实验结果表明: 纳米SiO₂的加入可以同时改善其韧性、 刚性和强度; 填充量相同, 颗粒越细, SiO₂/PP复合材料的力学性能越好。SiO₂经改性后填充到PP基体中, 明显改善了颗粒在基体中的分散性及基体与颗粒之间界面结合性能, 使复合材料的综合力学性能得到提高。不同颗粒大小的SiO₂混合后填充到PP基体中, 混合SiO₂的协同效应使复合材料拉伸、 弯曲性能进一步提高, 对PP基体具有更好的增强效果, 但其冲击性能下降。     

纳米SiO2表面接枝聚合改性及其聚丙烯基复合材料的力学性能

分别用苯乙烯和丙烯酸乙酯对纳米SiO₂进行辐照接枝聚合改性,通过两步熔融共混工艺与聚丙烯(PP)共混制备了SiO₂/PP复合材料。研究了SiO₂添加量和表面接枝不同聚合物的SiO₂对复合材料力学性能的影响。结果表明,接枝改性的SiO₂对PP有较好的增强增韧效果;拉伸断面观察显示复合材料韧性的提高主要由基体剪切屈服所致。对断面上个别较大团聚体分析发现,经辐照接枝聚合改性的纳米粒子团聚体的结构变得更加紧凑、结实,且随粒子表面聚合物的性质不同,团聚体与基体树脂的界面粘结也随之不同,导致其拉伸破坏形状有所差异,但与基体树脂的界面粘结都得到较好的改善。     

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%。     

微米和纳米SiO2改性聚四氟乙烯的摩擦磨损性能

使用超细及纳米SiO₂颗粒填充改性聚四氟乙烯塑料。测量其摩擦系数、磨损系数、结晶度,得到了填加量与复合材料摩擦系数、磨损系数和结晶度的关系曲线,并使用扫描电镜(SEM)对其表面形貌进行了分析。结果表明,无论微米或纳米SiO₂、表面处理后的纳米SiO₂,均使PTFE的摩擦系数有所提高,而耐磨损性能也有大幅度的提高。填充量小于6%时,填加未经偶联剂处理的纳米SiO₂的SiO₂/PTFE复合材料的磨损率降低98.5%;填充量大于6%以后,磨损率趋于稳定;填充量为6%时,摩擦系数仅从未加填料时的0.1提高为0.12。而偶联剂表面处理的纳米SiO₂复合材料的摩擦系数提高幅度最小。     

SiO2 / 氰酸酯纳米复合材料的力学性能和热性能

采用高速均质剪切法制备了SiO₂ / 氰酸酯(CE) 纳米复合材料, 并对该体系的静态力学性能、动态力学性能和热稳定性进行了研究。结果表明, 纳米SiO₂的加入提高了复合材料的冲击强度和弯曲强度。当SiO₂ 含量为0. 30 wt %时, 复合材料的冲击强度达最大, 增幅为88. 9 %; 当SiO₂含量为0. 15 wt %时, 材料的弯曲强度达最大, 增幅为2010 %。复合材料的储能模量和高温损耗模量较纯CE 树脂有明显提高, 玻璃化转变温度比纯CE 提高了31. 2 ℃, 热分解温度在SiO₂含量为0. 30 wt %时达最大, 失重为10 %时的热分解温度提高了25. 7 ℃。     

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。     

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。     

聚氨酯-纳米CaCO3/PVC复合材料力学性能

在考察了聚氨酯-纳米碳酸钙/聚氯乙烯(PU-nano-CaCO₃/PVC)反应挤出工艺的基础上，结合PU 的反应特点，将经硬脂酸表面处理的nano-CaCO₃利用超声辐照技术并经搅拌分散于液化4，4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(L-MDI)中，采用反应挤出一步法工艺制备了PU-nano-CaCO₃/PVC复合材料，并对其力学性能进行了研究。结果表明，PU与nano-CaCO₃的质量配比为4∶1时，对PVC的增韧效果最佳，PU与nano-CaCO₃能协同增韧PVC，且nano-CaCO₃具有补强作用。当PU/nano-CaCO₃/PVC质量比为20∶5∶75时，材料的综合性能最优，冲击强度达到58.3 kJ/m，拉伸强度为51.5MPa。     

SiO2/环氧树脂基纳米复合材料的室温和低温力学性能

利用溶胶-凝胶法制备了SiO₂/环氧树脂基复合材料,研究了材料的室温与低温(77 K)下的力学性能。结果表明,适量SiO₂的引入提高了室温与低温下材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度,即SiO₂含量在2%时可同时起到增强、增韧作用。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜 (TEM)分别对复合材料的断口形貌和高温焚烧后残留物纳米颗粒进行了观察。还利用动态力学分析(DMA)研究了二氧化硅的引入对复合材料的影响。     

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。     

聚乙烯醇/二氧化硅共混膜的制备及耐温、耐溶剂性能研究

以聚乙烯醇（PVA）和正硅酸乙酯（TEOS）为原料,通过溶胶－凝胶（Sol-Gel)方法,制备出不同二氧化硅含量的聚乙烯醇／二氧化硅（PVA／SiO2)共混均质膜。通过热重分析（TGA）、示差扫描量热法（DSC）和动态力学分析（DMA）研究了共混膜的热性能。结果表明,与PVA膜相比,PVA／SiO2共混膜具有更高的热稳定性,随SiO2含量的增大,共混膜的分解温度升高,玻璃化温度也略有提高。以水为溶剂,测定了共混膜的耐溶剂性能。与PVA膜相比,PVA／SiO2共混膜的耐溶剂性能有显著的提高。     

二氧化硅填充聚氯乙烯杂化膜研究

在聚氯乙烯(PVC)纺丝液中适度加入二氧化硅(SiO2)无机粒子,以溶液相转化法制得PVG-SiO2杂化纤维膜.观察纤维膜的形貌,分析讨论SiO2含量和喷丝头拉伸比,对于产生界面微孔的作用及其与膜结构和性能的关系.结果表明,适量SiO2的加入,既可提高PVC纺丝液的稳定性,又使纤维膜产生界面微孔;在喷丝头拉伸比为2:1,SiO2含量为45%时,纤维膜中可产生较为明显的界面微孔结构,从而有效地提高其通透性.     

聚乙烯醇缩丁醛/SiO2纳米复合材料的研究

采用共混法在聚乙烯醇缩丁醛材料中引入纳米SiO₂粒子制备了均匀的PVB/SiO₂复合材料。以UV-VIS,FT-IR,XRD,SEM等现代测试手段表征了材料的微观形貌、结构和光学性能。结果表明:由于纳米SiO₂粒子的引入,使PVB/SiO₂复合材料具有良好的紫外线屏蔽性能。同时,材料的韧性得到明显提高,其断裂伸长率为纯PVB材料的8倍。该材料的制备方法简便易行,具有一定的工业应用前景。     

Microemulsion processing of silica-polymer nanocomposites

Silica-polymer nanocomposites have been synthesized via polymerizable bicontinuous microemulsions to disperse functionalized/nonfunctionalized SiO2 nanoparticles uniformly in a polymerized microemulsion system as revealed by transmission electron microscopy. The effect of both types of SiO2 nanoparticles in the polymerized microemulsion increased its glass transition temperature (Tg) from 90 to 128 degrees C. TgS of functionalized silica nanocomposites were about 15 degrees C higher than those of nonfunctionalized samples. As expected, both hardness and modulus of the nanocomposites increased with the loading of both types of silica from 2 to 6 wt%. In the case of nonfunctionalized silica, the improvement of properties may be simply exerted by the conventional filler effect due to the better dispersion of nanoparticles of silica in fluid microemulsion prior to the polymerization. The additional effect for the functionalized silica containing a terminal vinyl group is that It could be grafted to the polymer matrix through cross-polymerization with microemulsion-formed polymer to establish strong nanocomposite networks.     

单分散SiO_2/TiO_2/SiO_2多层复合微球的制备

采用一种以醇盐水解法为基础的生长硅溶胶的方法,制备了粒径为２００ｎｍ的单分散二氧化硅球形颗粒,并将其作为核心,利用常温连续进料的钛酸丁酯水解的多步法,在二氧化硅核心外经多次包覆形成厚层二氧化钛;在正硅酸乙酯的水解和陈化环境下,将上述ＴｉＯ２／ＳｉＯ２复合颗粒外再包覆一薄层二氧化硅,形成一种高折射率,可用于组装光子晶体的ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２多层复合微球．对该复合微球用重力沉降法、透射电镜法（ＴＥＭ）、Ｘ射线能谱分析法（ＥＤＳ）进行了表征．其中,重力沉降法是一种将Ｓｔｏｋｅｓ公式为基础推导的复合颗粒的粒径与沉降速度关系式所得的一系列数据进行拟合外延,来测定复合颗粒的粒径及包覆厚度的方法．     

聚氨酯/二氧化硅包覆多壁碳纳米管复合材料的导热与电绝缘性能

通过溶胶-凝胶法制备了厚度为30nm-50nm的二氧化硅(SiO2)包覆多壁碳纳米管(SiO2-MWNTs),并与聚氨酯(PU)复合制备了PU/SiO2-MWNT复合材料。研究了SiO2-MWNTs对PU导热电绝缘性能的影响。结果表明,SiO2包覆层增强了MWNTs与PU之间的界面相互作用,促进了MWNTs在PU中的分散。由于SiO2包覆层的电绝缘作用,PU/SiO2-MWNT复合材料保持了PU的电绝缘性能。同时SiO2包覆层作为过渡层,降低了PU与MWNTs间的模量失配,减少了声子的界面散射,提高了PU/SiO2-MWNT复合材料的导热性能。当SiO2-MWNTs的质量分数为0.5%和1.0%时,PU/SiO2-MWNT复合材料的热导率分别提高了53.7%和63.8%。     

Filtration of nano-particles by a gas-solid fluidized bed

The filtration of 80 nm SiO2 and Al(2)O(3) particles in a gas stream using fluidized beds was studied. Silica sand and activated carbon (A.C.) were adopted as bed materials to filtrate 80 nm SiO2 and Al(2)O(3) particles. The collected particles were elutriated from the fluidized bed, so the filtration was a dynamic process and the variations of the removal efficiency with time were studied. Experimental results showed that the filtrations of 80 nm SiO2 and Al(2)O(3) particles with a bed material of silica sand were not dynamic processes but the filtration by A.C. was. The removal efficiencies for SiO2 and Al(2)O(3) particles using silica sand as bed material were held steady and found to be equal, between 86 and 93%. A.C. is considered to be more efficient than silica sand because it has a high specific surface area. However, the experimental data yield conflicting results. The removal efficiency of Al(2)O(3) particles fell from 92% initially to 80% at the end of test-a little lower than that obtained by filtration using silica sand. A higher voidage of A.C. than silica sand weakens the removal of nanoparticles since the diffusion mechanism dominates. The removal efficiency of SiO2 by A.C. decayed from 83 to 40% with time passed. The huge differences between the filtration efficiency of SiO2 and that of Al(2)O(3) particles by A.C. was associated with the extensive segregation of SiO2 and A.C. particles, which caused more SiO2 particles to move to the top of the bed, where they were elutriated. The weak inter-particle force for SiO2 decreased the removal efficiency also.     

Poly(vinyl alcohol)/silica nanocomposites: morphology and thermal degradation kinetics

The morphology of self-assembled poly(vinyl alcohol)/silica (PVA/SiO2) nanocomposites is investigated with atomic force microscopy (AFM) and transmission electron microscopy (TEM). It is found that the SiO2 nanoparticles are homogenously distributed throughout the PVA matrix in a form of spherical nano-cluster. The average size of the SiO2 clusters is below 50 nm at the low contents (SiO2 < or =5 5 wt%), while particle aggregations are clearly observed and their average size markedly increases to 110 nm when 10 wt% SiO2 is loaded. The thermogravimetric analysis (TGA) shows that the nanocomposite significantly outperforms the pure PVA in the thermal resistance. By using a multi-heating-rate method, the thermal degradation kinetics of the nanocomposite with a SiO2 content of 5 wt% is compared to the PVA host. The reaction activation energy (E) of the nanocomposite, similar to the pure PVA, is divided into two main stages corresponding to two degradation steps. However, at a given degradation temperature, the nanocomposite presents much lower reaction velocity constants (k), while its E is 20 kJ/mol higher than that of the PVA host.     

纳米二氧化硅的制备及应用

以Na2SiO3.9H2O为原料,浓H2SO4为酸试剂,采用化学沉淀法制备纳米二氧化硅,讨论Na2SiO3浓度、搅拌速度、pH值、分散剂Na2SO4和表面活性剂聚乙二醇等因素对产物特性的影响,并用红外光谱、透射电镜、扫描电镜和X射线衍射等分析手段对二氧化硅纳米颗粒进行结构和形貌表征。利用本体聚合法制备了聚甲基丙烯酸甲酯-纳米二氧化硅复合材料,研究纳米二氧化硅颗粒对聚甲基丙烯酸甲酯材料力学性能的增强作用以及透光度的影响。结果表明:二氧化硅纳米粒子呈球形,粒径在50~100 nm范围内、分布均匀、呈无定形;填充纳米二氧化硅的复合材料的冲击强度和弯曲强度明显提高。     

气相、沉淀、稻壳SiO2/聚氨酯复合材料的力学性能和吸水性比较

比较了气相、沉淀和稻壳SiO2的物理性质,并利用上述3种SiO2与聚氨酯(PU)复合,考察了SiO2含量(1wt%,3wt%,5wt%)和种类对SiO2/PU复合材料的拉伸性能和吸水性的影响。结果表明:3种SiO2均能够提高SiO2/PU复合材料的力学性质,复合材料的拉伸强度、模量和断裂伸长率均随SiO2含量增加而增加。当SiO2含量相同时,拉伸强度和断裂伸长率的变化顺序为:气相SiO2/PU>沉淀SiO2/PU>稻壳SiO2/PU,拉伸模量的变化顺序为:气相SiO2/PU>稻壳SiO2/PU>沉淀SiO2/PU.对于同一种SiO2/PU复合材料,吸水性随SiO2含量和温度增加而增加,含量相同时,3种SiO2/PU复合材料的吸水性由低到高的顺序是:稻壳SiO2/PU<沉淀SiO2/PU<气相SiO2/PU。