植物纤维增强PS木塑复合材料的性能研究

以木纤维、竹纤维和聚苯乙烯为主要原料,加入偶联剂、润滑剂、增塑剂等加工助剂,经挤出注塑制备聚苯乙烯/木纤维复合材料。研究了植物纤维种类和添加质量分数、偶联剂KH-550添加质量分数对PS木塑复合材料力学性能的影响。结果表明：木纤维和偶联剂的加入都使复合材料的力学性能呈先增大后减小的趋势。当木纤维添加质量分数为25%,偶联剂KH-550添加质量为木纤维添加质量的1.5%时,复合材料具有最大的拉伸强度、弯曲强度和断裂伸长率,分别为30.2MPa,86MPa和8.74%,缺口冲击强度随木纤维添加质量分数的增加而减小。木纤维和竹纤维填充的两种复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度相差不大。     

废纸纤维/微晶纤维素增强PHBV复合材料性能研究

以聚羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)作为基体,微晶纤维素(MCC)和废纸纤维作为增强体,采用注塑成型的方法制备可生物降解的复合材料。研究不同质量分数的MCC以及不同质量分数的废纸纤维作为共混填充材料对复合材料的力学、吸水及界面性能的影响。结果表明添加MCC后的复合材料力学性能整体都得到了提高,且在MCC质量分数为3%时复合材料的综合力学性能最好,共混填充后的复合材料则在废纸纤维的质量分数为10%时综合力学性能最好;复合材料的吸水性随着废纸纤维含量的增加而上升。扫描电镜分析发现,MCC与PHBV界面相容性较好,共混废纸纤维后界面性能下降。     

PLA/木质纤维复合材料的制备及性能

目的研究PLA/木质纤维复合材料的制备工艺过程,分析PLA纤维含量对复合材料力学性能的影响,确定最优配比,以获得一种可应用于包装中的新型环保复合材料。方法将不同质量配比的PLA纤维及木质纤维按照造纸的工艺进行抄造,获得湿纸胚后再进行热压处理,获得需要的复合材料。对PLA纤维在复合材料中的分散性以及复合材料的力学性能进行表征与测试。结果分散性试验表明,PLA纤维能够与木质纤维均匀混合;当PLA纤维的质量分数为10%时,复合材料的性能较好。力学测试表明,复合材料的拉伸强度最大可达到42.79 MPa,耐折次数可达到1015次。结论 PLA/木质纤维复合材料可采用造纸的方法进行制备,且力学性能较好,能在包装领域内有较为广泛的应用,同时也为可降解纤维的研究应用提供了一种新思路。     

剑麻纤维增强胶原基复合材料

用戊二醛作交联剂对皮革下脚料中提取的胶原水解物进行交联改性,采用溶胀度表征了材料的交联程度。探讨了戊二醛用量、胶原蛋白浓度和丙三醇含量对材料溶胀度的影响,并使用红外光谱对交联产物进行了表征。以改性胶原蛋白为基体、剑麻纤维为增强相,制备了剑麻纤维/胶原蛋白复合材料。用扫描电子显微镜对复合材料的形貌进行了表征,探讨了剑麻纤维的表面处理、纤维含量以及长度对复合材料力学性能的影响。结果表明,对剑麻纤维表面进行碱处理可以改善纤维的表面结构,增加纤维与基体的界面粘结,提高复合材料的力学性能。当剑麻纤维质量分数为15 %、纤维长度为 7～8 mm时,复合材料具有较好的力学性能。该复合材料可望在包装垫隔材料方面得以应用。      

莫来石纤维增强SiO2气凝胶复合材料的制备及性能研究

以正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶-凝胶及超临界干燥技术制备了掺杂莫来石纤维的SiO2气凝胶复合材料,并对材料的热学性能和力学性能进行了测试,结果表明:SiO2气凝胶复合材料的热导率与其密度、温度和纤维添加量有关;添加莫来石纤维可以明显提高SiO2气凝胶的弹性模量和机械强度,改善材料的力学性能;莫来石纤维添加量控制在3%左右可以使SiO2气凝胶材料保持较低的热导率和较高的机械强度.     

碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料的力学性能

制备了纤维长度为1 mm和2 mm的碳纤维增强空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料,其纤维质量比分别为0.2%、0.5%、1%和3%。对材料进行三点弯曲实验和压缩实验,研究了纤维长度和纤维质量比对其弯曲强度和弯曲弹性模量、压缩强度和压缩弹性模量等力学性能的影响。结果表明,添加两种长度的碳纤维都能明显提高复合材料的弯曲和压缩力学性能。随着碳纤维质量比的增大复合材料的弯曲强度和压缩强度呈先增大后减小的趋势,当碳纤维的质量比为0.5%时达到最大值,随后则随纤维含量的增大而逐渐降低。当碳纤维的长度为1 mm质量比为0.5%时,复合材料试件的弯曲强度和压缩强度比未添加纤维时分别提高198%和110%。碳纤维的长度为1 mm时纤维含量的变化对复合材料的弯曲强度、压缩强度和压缩弹性模量有较大的影响,但是当纤维长度为2 mm时纤维含量的变化对弯曲强度和压缩强度的影响不大。     

Nano-Sb_2O_3对PBT基复合材料力学性能的影响

聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)材料由于具有耐高温性能在工程领域中应用较为广泛,但需要添加阻燃剂以改善其易燃的缺陷,然而阻燃剂的添加会使其力学性能受到影响。采用机械化学法制备了纳米Sb_2O_3(nano-Sb_2O_3)颗粒,并采用KH550改性剂对其进行改性处理,再通过熔融共混法制备了实验用nano-Sb_2O_3/BPS/PBT复合材料。通过拉伸和冲击两种测试手段对复合材料的力学性能进行研究,并利用SEM分析其断口形貌。研究结果表明:随着nano-Sb_2O_3含量的增加,复合材料的拉伸强度和冲击强度均呈现出先升高后降低的趋势;当nano-Sb_2O_3的质量分数为1. 5%时,复合材料的力学性能最优;当nano-Sb_2O_3的质量分数超过1. 5%时,复合材料中产生了软团聚现象,其力学性能明显下降;通过SEM观察到nano-Sb_2O_3/BPS/PBT复合材料的冲击断面处有大量银纹生成,屈服现象明显。     

阻燃增强聚乳酸复合材料的制备及性能研究

用碱溶液和乙烯基三甲氧基硅烷先后处理红麻纤维,以红麻纤维作增强材料,PX-220为阻燃剂,聚乳酸为基体,通过转矩流变仪混合制备聚乳酸复合材料。通过FT-IR和SEM实验研究了红麻纤维的改性效果;又通过拉伸强度、LOI、UL 94、TG和拉曼表征了聚乳酸复合材料的力学性能、耐热性能、燃烧性能、燃烧产物。结果表明:红麻的加入能提高复合材料的拉伸强度,PX-220能显著提高复合材料的耐热性能和阻燃性能。添加10%(wt,质量分数,下同)红麻、20%PX-220时,聚乳酸复合材料的性能达到最优,拉伸强度为48.9MPa;LOI为33.5%,UL 94达到V0级。     

NaOH预处理对废纸纤维发泡材料性能的影响

用NaOH溶液对废纸纤维进行预处理,制备了一种纸纤维发泡缓冲包装材料,研究了NaOH预处理对废纸纤维发泡材料性能的影响。结果表明:经NaOH溶液预处理后,纸纤维发泡材料的发泡倍率、密度及缓冲性能均较未处理试样有所改善;NaOH的用量对纸纤维发泡材料性能的影响,较处理温度和处理时间的影响更为显著。同时,通过试验确定了最佳的废纸纤维发泡缓冲材料预处理条件,即NaOH添加质量为相对于绝干废纸浆质量的2%,且在60℃恒温条件下处理60min。     

挤压铸造TiB2P/Al复合材料室温力学性能

采用挤压铸造法制备不同体积分数的TiB_2P/Al复合材料, 利用扫描电镜、 硬度计、 拉伸试验机等对复合材料的室温力学性能进行了研究, 系统地分析了体积分数和热处理工艺对材料力学性能的影响。结果表明: 挤压铸造TiB_2P/Al复合材料的布氏硬度、 抗弯强度和弹性模量随增强相TiB₂体积分数的增加而提高。45% TiB_2P/Al复合材料T6处理后硬度和抗弯强度分别比退火态时提高了23%和40%, 但热处理状态对弹性模量的影响不大。      

Conformability of wood fiber surface determined by AFM indentation

Mechanical properties of wet fiber surfaces of hardwood chemi-thermo-mechanical pulp and softwood kraft pulp were measured using an AFM as a nanoindetation device. Elastic modulus of wet fiber surfaces was observed in the range of 30 MPa to 1.6 GPa, which is significantly affected by chemical treatment of pulping and bleaching as well as mechanical refining. Plastic yield stress of wet fiber surfaces measured varies from a few MPa to about 100 MPa, and is also highly correlated to chemical and mechanical treatments of these fibers. Plasticity index shows no difference among once-dried hardwood and softwood pulp fibers, but it increases after refining. The dynamic responses of wet fiber surfaces to external loads were evaluated through creep analysis. Even creeps were observed on all wet fiber surfaces, deformation caused by creep is relatively small. The major portion of deformation still comes from instantaneous elastic and plastic deformations. Creep of wet fiber surfaces is a fast dynamic process when subjected to a load change, most of it occurs within several seconds after the initial contact.     

粘胶纤维与Lyocell纤维增强聚乳酸复合材料的性能比较

以聚乳酸(PLA)为基体,分别采用粘胶纤维与Lyocell纤维这2种典型的再生纤维素纤维为增强纤维,通过熔融共混和注塑成型制备了再生纤维素纤维/PLA复合材料,并对这2种复合材料的性能进行了比较研究。结果表明,采用粘胶纤维或Lyocell纤维增强均可有效提高PLA复合材料的结晶度、力学性能和维卡软化温度。粘胶纤维的锯齿形截面有利于其与PLA基体的结合,因此粘胶纤维/PLA复合材料具有略高的冲击强度及拉伸强度。Lyocell纤维增强更有利于复合材料结晶度的提高,使得Lyocell/PLA复合材料具有更高的弹性模量和维卡软化温度。     

不同生物质纤维及其添加量对PBAT复合材料结构与性能的影响

目的 将生物质纤维材料芦苇、黄麻和纸浆引入聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)中,通过高速共混机制备高性能的硬质可生物降解复合材料。方法 研究不同生物质纤维及其添加量对复合材料结构、性能、生物降解性的影响。结果 PBAT/生物质纤维复合材料的弯曲模量和强度得到明显提升。在3种复合材料中,PBAT/纸浆复合材料表现出最佳的力学性能和热稳定性,通过简单混合PBAT和质量分数为60%的纸浆,其弯曲模量、弯曲强度可分别达到(1 055±35)、(12.46±1.10)MPa。降解试验结果表明,复合材料的降解速率显著高于PBAT的降解速率,并且与生物质纤维的吸水性及尺寸有关。结论 经大尺寸生物质纤维填充PBAT得到的硬质可降解复合材料的综合性能优异,为发展绿色可降解硬质包装及包装填充物材料提供了科学思路和技术依据。     

原纤化Lyocell纤维/聚乳酸复合材料的结构与性能

采用均质分散法制备原纤化Lyocell纤维,探讨了不同初始纤维长度对Lyocell纤维原纤化程度的影响,在此基础上,进一步通过熔融共混和注塑成型制备原纤化Lyocell/聚乳酸(PLA)复合材料,探讨了初始纤维长度对原纤化Lyocell/PLA复合材料结构与性能的影响。结果表明,相同处理条件下,纤维初始长度越长,Lyocell纤维原纤化程度越低。Lyocell纤维原纤化能改善纤维与基体的界面结合,从而进一步提高复合材料的力学性能。初始纤维长度对原纤化Lyocell/PLA复合材料的拉伸性能无显著影响,而初始长度为4 mm的原纤化Lyocell/PLA复合材料的缺口冲击强度最大,比未原纤化复合材料提高19.0%。此外,Lyocell原纤化后还可进一步提高复合材料的维卡软化温度,当纤维初始长度为10 mm时,原纤化Lyocell/PLA复合材料的维卡软化温度最高,达到161.4℃。     

纤维束增强复合材料的横向弹塑性性能研究

利用细观力学模型和有限元法研究纤维束复合材料的横向弹塑性力学性能。假设弹性的纤维束均匀地分布于幂硬化弹塑性基体材料中, 并假设纤维束内的纤维接触是光滑的。通过与单丝纤维复合材料的相应结果比较, 研究了纤维成束对复合材料宏观弹塑性性能的影响。通过对硼/铝复合材料的数值研究表明: 纤维的成束对复合材料的横向弹性刚度影响很小, 而对复合材料的塑性变形和切线刚度有显著的影响。      

Fabrication and mechanical properties of PLLA/PCL/HA composites via a biomimetic, dip coating, and hot compression procedure

Currently, the bone-repair biomaterials market is dominated by high modulus metals and their alloys. The problem of stress-shielding, which results from elastic modulus mismatch between these metallic materials and natural bone, has stimulated increasing research into the development of polymer-ceramic composite materials that can more closely match the modulus of bone. In this study, we prepared poly(l-lactic acid)/hydroxyapatite/poly(ε-caprolactone) (PLLA/HA/PCL) composites via a four-step process, which includes surface etching of the fiber, the deposition of the HA coating onto the PLLA fibers through immersion in simulated body fluid (SBF), PCL coating through a dip-coating process, and hot compression molding. The initial HA-coated PLLA fiber had a homogeneous and continuous coating with a gradient structure. The effects of HA: PCL ratio and molding temperature on flexural mechanical properties were studied and both were shown to be important to mechanical properties. Mechanical results showed that at low molding temperatures and up to an HA: PCL volume ratio of 1, the flexural strain decreased while the flexural modulus and strength increased. At higher mold temperatures with a lower viscosity of the PCL a HA: PCL ratio of 1.6 gave similar properties. The process successfully produced composites with flexural moduli near the lower range of bone. Such composites may have clinical use for load bearing bone fixation.     

单向竹原纤维表面改性对其增强不饱和聚酯树脂复合材料性能的影响

采用碱处理、碱-偶联剂联合处理对竹原纤维进行表面改性,通过缝合-模压工艺制备了单向连续竹原纤维/不饱和聚酯树脂(BF/UP)复合材料。研究了不同表面改性方法对BF/UP复合材料静态、动态力学性能、吸水性能等的影响,并用SEM、红外光谱等技术研究了改性处理后纤维的表面及复合材料界面结合情况。结果表明:经过不同表面处理后BF/UP复合材料的性能均有所改善。当采用5wt%碱-3wt%偶联剂联合处理时,BF/UP复合材料综合性能最优,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、剪切强度较未处理的分别提高了34.29%、15.95%、11.26%、29.39%;复合材料存储模量(33℃)较未处理的提高了63.80%,损耗因子有所降低;BF/UP复合材料24h、720h吸水率较未处理的分别减小了55.35%、27.32%。SEM和红外光谱结果表明,改性处理后竹原纤维表面杂质减少,附着了一层偶联剂膜,BF/UP复合材料中纤维与树脂之间的界面结合更好。     

考虑纤维方向分布的玻纤增强PP复合材料拉伸性能

纤维方向及其分布对玻纤增强PP复合材料的力学特性具有至为关键的影响。提出了一种快速获取纤维数量及每根纤维方向的方法。通过引入方向张量, 利用Moldflow软件进行玻纤增强PP树脂注塑成型模拟获得纤维方向的平均分布, 结合显微方法观察判断特定点的纤维沿厚度方向的分层情况及定量判断纤维方向的分布。对轿车玻璃纤维增强注塑仪表板的纤维方向相对一致处取与纤维方向呈0°、45°、90°的样条, 通过拉伸实验测得拉伸模量, 利用所提出的方法研究了仪表板内玻纤方向的分布及其对拉伸模量的影响。研究结果表明: 玻纤增强注塑仪表板的力学性能是各向异性的, 其沿厚度方向纤维按方向大致可分为三层。     

Mechanical behavior of carbon fiber reinforced polyamide composites

The purpose of this work is to compare tensile, compressive and interlaminar shear properties of different carbon reinforcement/polyamide composites obtained by interfacial polymerization and hot compression molding techniques. Two types of composite matrices were studied: polyamide 6 and polyamide 6/6, both reinforced by fabric and unidirectional carbon fibers. The effects of the fiber volume fraction and the matrix on mechanical properties were analyzed through tensile, interlaminar shear and compressive tests. In general, the results have shown a slight increase of the composite elastic modulus, tensile and compressive strength with the increase of carbon fiber content. The microscopic damage development within selected composites during the loading has been observed through optical and scanning electron microscope techniques and has shown that shear failure at the fiber/matrix interface has been mostly responsible for damage development, initiated at relatively low stress.     

短切碳纤维表面处理对木粉/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

木粉（WF）填充增强高密度聚乙烯（HDPE）复合材料具有良好的环境效益,少量引入短切碳纤维（SCF）可进一步提高其力学性能。为改善SCF与WF/HDPE复合材料中塑料基体的界面结合,提高SCF在WF/HDPE复合材料中的增强作用,采用气相、液相及气液双效氧化3种表面处理方式处理SCF,通过挤出工艺制备短切碳纤维增强木粉/高密度聚乙烯复合材料（SCF-WF/HDPE）,探讨了不同处理方法对SCF-WF/HDPE复合材料性能的影响。SEM观察显示,表面处理增大了SCF的表面粗糙度,可提高其与基体的界面结合;动态力学性能分析证实碳纤维提高了存储模量。测试结果表明：表面处理过的短切碳纤维可使SCF-WF/HDPE复合材料的力学性能、热力学性能和蠕变性能均得到显著提高,其中气相表面处理的效果最好。对比WF/HDPE复合材料,SCF-WF/HDPE的拉伸强度提高了34.5%,弯曲强度提高了23%,冲击强度提高了54.7%。