NBR/纳米Fe_3O_4复合材料的物理力学性能与摩擦磨损性能测试

为了改善丁腈橡胶(NBR)的摩擦学性能,将具有较好润滑特性的Fe3O4纳米粒子与应用广泛的丁腈橡胶(NBR)进行共混,制备了NBR/纳米Fe3O4复合材料。实验对复合材料的拉伸强度、硬度、300%定伸应力、磁性能等物理力学性能、摩擦磨损性能等进行了测试。并对复合材料的表面微观形态,以及Fe3O4粒子的基本分布进行了分析。结果表明,Fe3O4纳米粒子的加入,使NBR的物理力学性能略有改变,表面微观形态变化较小。摩擦学性能有很大改善,纳米Fe3O4粒子含量为12%时,耐磨效果最优,这可归因于摩擦过程中在摩擦表面形成的一层固体吸附膜。     

纳米铜改性酚醛树脂及其应用性能

采用新发明的原位生成法成功地制备了摩擦材料用纳米铜改性酚醛树脂。利用XRD和TEM对所制备的树脂进行了表征。结果显示,纳米铜的粒径为10~40 nm,呈近球形。进行了TGA、冲击试验和摩擦试验。结果表明,纳米铜改性酚醛树脂的耐热性有较大提高,与纯酚醛树脂相比,其初始分解温度和半分解温度可分别提高31℃和46℃;纳米铜改性酚醛树脂基摩擦材料的韧性和摩擦学性能有明显改善,与纯酚醛树脂基摩擦材料相比,冲击强度提高44%,热衰退率和磨损率分别降低约50%和2/3。建立了酚醛树脂/纳米铜复合材料的界面模型,并探讨了纳米铜改善酚醛树脂及摩擦材料性能的机理。      

纳米ZnO和SiO2共混填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损行为

以纳米ZnO和纳米SiO2作为复合填料,通过热压成型工艺制备了纳米ZnO-SiO2复合填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料;采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了复合材料在干摩擦条件下与45#钢配副时的摩擦磨损行为;采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明,适量的纳米ZnO-SiO2作为复合填料可有效地改善UHMWPE的摩擦磨损性能,其中填充2%ZnO 2%SiO2的UHMWPE基复合材料改性效果最为明显。与纯UHMWPE材料相比,其磨损率下降了84.7%。纯UHMWPE的磨损机制主要表现为粘着磨损和疲劳磨损,而不同含量的无机纳米微粒共混填充UHMWPE基复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损、犁沟效应和塑性变形特征。     

取向碳纳米管增强聚碳酸酯摩擦性能的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟方法研究了不同取向的单壁碳纳米管(SWNTs)对SWNT/聚碳酸酯(PC)复合材料摩擦性能的影响。在笛卡尔坐标系下,沿X方向分别对纯PC基体、X取向SWNT(X-SWNT)/PC复合材料、Y取向SWNT(Y-SWNT)/PC复合材料和Z取向SWNT(Z-SWNT)/PC复合材料施加摩擦。结果表明,与纯PC基体相比,X-SWNT/PC复合材料、Y-SWNT/PC复合材料、Z-SWNT/PC复合材料的磨损率分别降低了31.28%,22.38%,10.56%,摩擦系数分别下降了31.71%,21.95%,9.76%。分析PC分子链与SWNT的空间分布以及相互作用发现,PC分子链能够吸附在SWNT表面,并沿其轴向伸展;PC分子链与SWNT之间的吸附作用主要为范德华(VDW)相互作用;SWNT与PC基体的界面稳定性是影响SWNT/PC复合材料摩擦性能的重要因素。     

纳米ZnO对MC尼龙结构和性能的影响

采用原位聚合反应制备了纳米ZnO/MC尼龙6复合材料。对所制备的复合材料进行力学性能、 形貌、 结构检测及DSC、 XRD分析, 结果表明: 复合材料中的ZnO粒径小于100nm, 分布均匀; 纳米ZnO/MC尼龙6复合材料拉伸强度比纯MC尼龙6提高20%; 断裂伸长率提高33%; 弯曲模量提高36%; 冲击强度提高87%。纳米ZnO的加入对α晶型的衍射特征峰影响不大, 不改变尼龙6的结晶形态, 但使晶粒度加大, 结晶度减小; 动态高温XRD分析表明, 加入纳米ZnO, 能提高MC尼龙融熔温度, 纳米ZnO/MC尼龙6复合材料的结晶形态和相对结晶度在高低温度间基本是可逆的。      

滑动接枝共聚物/丁腈橡胶复合材料及其阻尼性能

将丁腈橡胶（NBR）与预硫化滑动接枝共聚物（SGC）混合制备SGC/NBR复合材料,并采用DSC、橡胶加工分析仪（RPA）、TEM和FTIR等研究了预硫化温度对复合材料内部结构及动态力学性能的影响。结果表明:SGC作为分散相在NBR基体中形成了海岛结构,且与NBR 大分子之间形成了分子间氢键,使两相相容性较好并形成了明显的界面作用区。界面作用区的存在使SGC/NBR复合材料的玻璃化转变温度与纯NBR基体相比升高,同时使复合材料的拉伸强度和拉断伸长率等力学性能显著增强,并出现了明显的拉伸取向。由于SGC与NBR之间分子链的扩散以及氢键作用,使分子链σ单键的内旋转受阻,旋转时需要消耗能量以克服所受的阻力,造成SGC/NBR复合材料的损耗因子明显增加,其中预硫化温度为160℃时阻尼效果最好。SGC/NBR复合材料在建筑桥梁振动频率应变变形范围内表现出优异的损耗性能,可应用于高阻尼隔震支座。      

纳米ZnO/低密度聚乙烯复合材料的介电特性

为探讨纳米ZnO/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料的介电特性,首先,采用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对纳米ZnO进行改性,并利用两步法制备了不同纳米ZnO质量分数、不同纳米ZnO粒径、不同纳米ZnO表面修饰方式和不同冷却方式的纳米ZnO/LDPE复合材料;然后,通过FTIR、SEM、DSC和热激电流（TSC）测试了纳米ZnO在基体中的分散情况、复合材料的等温结晶过程参数变化及陷阱密度;最后,在不同实验温度下分别进行了交流击穿、绝缘电导率、介电常数和空间电荷实验。结果表明:纳米ZnO的加入使纳米ZnO/LDPE复合材料内部陷阱深度和密度均有所增加;当纳米ZnO的粒径为40 nm且质量分数为3%时,复合材料的结晶速度最快,纳米ZnO在基体中的分散性较好,击穿场强达到最高值133.3 kV/mm,电导率及介电常数也相对较低,加压时复合材料内部空间电荷少,短路时释放电荷速度快,介电性能较好;由于纳米粒子增加了材料内部的热传导速率,降低了复合材料随着温度升高而降解的速度,因而相对于纯LDPE,随着实验温度的提高,纳米ZnO/LDPE复合材料的击穿场强下降幅度及电导率上升幅度均较小。      

碳纳米管掺杂ZnO复合材料的乙醇气敏特性研究

采用简单的一步式水热法制备了颗粒状纳米ZnO,以纳米ZnO为基体材料通过球磨法进行碳纳米管(CNTs)掺杂制备CNTs-ZnO复合材料，研究了改变CNTs含量(1%、3%、5%)对ZnO传感器气敏性能的影响。结果表明：通过CNTs掺杂，ZnO传感器的灵敏度得到大幅度提高且工作温度呈现降低的趋势，其中3%-CNTs/ZnO复合材料在最佳工作温度360℃下对乙醇浓度为100×10^-6的响应值(S=R_a/R_g)为98.329,是纯纳米ZnO的2.5倍。优异的性能主要归因于CNTs的掺杂增加了CNTs-ZnO复合材料的比表面积，而且可以促进CNTs在ZnO界面形成p-n异质结。     

原位接枝聚合改性LDHs/PCL纳米复合薄膜的制备及氧气阻隔性能

以纳米层状双羟基金属氧化物(LDHs)为引发剂,通过原位聚合的方法在纳米LDHs表面接枝上了聚己内酯(PCL)分子链(LDHs-g-PCL),并将其与纯PCL采用溶液浇筑法制备出LDHs/PCL纳米复合材料,研究了LDHs-g-PCL的化学结构,纳米复合材料的结晶特性、力学性能、阻隔性能等。结果表明,成功制备出化学键合牢固的PCL包覆LDHs;随着LDHs-g-PCL的加入,复合材料的结晶度呈现出逐渐升高的趋势,但异相成核作用效率有一定程度减弱。LDHs-g-PCL的质量分数为10%时,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均达到最大值,相比纯PCL分别提高了31%和37%。LDHs-g-PCL的质量分数为50%时,复合材料对氧气的渗透性达到最低值,相比纯PCL降低程度高达78%,这与层状结构的LDHs显著延长氧气分子在纳米复合材料的曲折渗透路径必不可分。基于Nielsen的相对渗透理论来优化纳米复合材料的渗透模型,结果表明,LDHs/PCL纳米复合材料阻隔性能的提高不仅归结于层状LDHs发挥的阻隔效应,而且更重要的是LDHs-g-PCL加入引起的体积效应。     

功能化纳米SiO2改性环氧树脂复合材料及其摩擦磨损行为与机制

运用共价官能化技术,实现纳米SiO_2表面接枝3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性(T-SiO_2),并制备功能化纳米SiO_2改性环氧树脂复合材料(T-SiO_2/EP),分析改性后纳米SiO_2表面官能团和化学元素的变化规律,测试T-SiO_2/EP的主要力学性能,研究其在干摩擦条件下的摩擦磨损行为与机制。结果表明:功能化纳米SiO_2的引入,有效改善了环氧树脂的力学与摩擦学性能,且当功能化纳米SiO_2含量为2%时(质量分数,下同),环氧复合材料(2%T-SiO_2/EP)的显微硬度和断裂韧度均达到最大值(70.2HD和1.02MPa·m~(1/2)),并具有优异的减摩耐磨性能。干摩擦条件下,2%T-SiO_2/EP复合材料的摩擦因数和磨损失重分别为0.49和1.7mg,较纯环氧树脂分别降低了31.9%和34.6%,较未改性纳米SiO_2增强的环氧树脂复合材料(U-SiO_2/EP)分别降低了14%和10.5%,并对相应的磨损机理进行了分析。     

ATRP法在纳米TiO_2表面接枝PS及其对SBS的改性

通过溶胶-凝胶法制备金红石型纳米二氧化钛(TiO_2),再利用原子转移自由基聚合(ATRP)法在纳米TiO_2表面接枝聚苯乙烯(PS),并以此对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)进行改性。红外光谱、X射线光电子能谱及透射电镜测试结果表明,PS大分子链成功地接枝到纳米TiO_2粒子表面。力学性能、动态力学分析及热重分析测试结果显示,SBS/TiO_2-g-PS复合材料的力学性能与热稳定性均明显优于纯SBS及SBS/TiO_2复合材料。经紫外光老化后,SBS/TiO_2-g-PS复合材料的力学性能保持率最高。     

多功能nano ZnO/PMMA复合材料的制备与性能

采用一种简单、环保的方法原位制备了纳米ZnO/聚甲基丙烯酸甲酯（nano ZnO/PMMA）复合材料,并对其抗紫外性质、透明性、光致发光性质和抗菌性进行了研究。以乙醇为溶剂在30℃溶解单体、引发剂、前驱体和催化剂;升温到80℃使甲基丙烯酸甲酯（MMA）的聚合与ZnO的合成同时进行;蒸发去除溶剂即可获得nano ZnO/PMMA复合材料。采用XRD、FTIR、TEM和UV-Vis对nano ZnO/PMMA复合材料进行表征。结果表明,已成功制备nano ZnO/PMMA复合材料;所制备的nano ZnO/PMMA复合材料能够吸收200~400 nm的紫外辐射,且在可见光区域具有高的透明度;光致发光测试表明,nano ZnO/PMMA复合材料在紫外光激发下能够发出明亮的蓝绿光;抗菌测试表明,nano ZnO/PMMA复合材料对金黄色葡萄球菌具有显著的抗菌效果,其抗菌率大于99%。多功能nano ZnO/PMMA复合材料在紫外屏蔽涂层、抗紫外有机玻璃、荧光材料、抗菌塑料制品等诸多领域有潜在应用。     

无机纳米ZnO或蒙脱土颗粒掺杂对低密度聚乙烯介电性能的影响

选择在低密度聚乙烯（LDPE）中掺杂无机纳米ZnO和蒙脱土（MMT）颗粒,探讨不同形态无机纳米颗粒对LDPE介电性能的影响。利用熔融共混法配合不同冷却方式制备不同结晶形态的纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料。通过FTIR、偏光显微镜（PLM）、SEM、DSC和热刺激电流（TSC）对试样进行表征,并。研究了纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料的交流击穿特性,结果表明：掺杂适当质量分数并经表面修饰的无机纳米颗粒可有效的避免其团聚现象,提高纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料的结晶速率,使结晶结构更完善,同时无机纳米颗粒掺杂使LDPE的陷阱密度和深度均有所增加,载流子入陷在试样内部形成界面"局域态"。经油冷却方式制备的纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料击穿场强比空气自然冷却分别高13.6%和14.4%,当掺杂纳米粒子质量分数为3wt%时,复合材料击穿场强出现最大值,其中纳米ZnO/LDPE复合材料比MMT/LDPE复合材料的击穿场强值高0.68%;电导率试验结果表明：纳米ZnO/LDPE复合材料电导率比MMT/LDPE复合材料低。介电性能测试表明,在1~10⁵ Hz的测试频率范围内,纳米ZnO/LDPE复合材料和MMT/LDPE复合材料介电常数降低,介质损耗角正切值有所提高。     

聚氯乙烯与丁腈橡胶交联反应的分子模拟

用分子模拟方法对聚氯乙烯(PVC)与丁腈橡胶(NBR)化学交联机理及交联反应位置进行了研究,通过DMol 3计算反应的自由能、活化能和反应热,进而研究他们对交联反应行为的影响。模拟结果显示:在453K时,过氧化二异丙苯(DCP)能够引发NBR发生夺取α-亚甲基活泼氢的反应和双键的加成反应,产生NBR大分子自由基,进而引发NBR的自交联反应,加成反应的速率要快于夺取α-亚甲基活泼氢的反应速率;DCP能够引发PVC发生脱氢反应,形成PVC大分子自由基进而引发PVC的交联,但不能引发PVC发生脱氯的反应;PVC与NBR能够发生共交联反应;NBR的自交联反应最快,PVC与NBR的共交联反应次之,PVC的自交联反应最慢。     

生物质炭/ZnO复合材料的制备及其吸附-光催化性能

以纳米晶纤维素（NCC）为形貌诱导模板,醋酸锌（Zn（CH₃COO）₂·2H₂O）为Zn源,采用原位聚合法制备NCC/ZnO纳米杂化物,再经550℃高温碳化,得到生物质炭/ZnO复合材料。采用TEM、XRD、BET、UV-Vis测试研究生物质炭与ZnO固体质量比（0.03:1、0.17:1、0.67:1）对生物质炭/ZnO复合材料形貌、晶体结构、孔结构及光吸收性能的影响。并进一步以亚甲基蓝（MB）为模型污染物,研究生物质炭/ZnO复合材料的吸附-光催化性能,阐明其吸附-光催化机制。结果表明,经550℃高温碳化后,NCC转化为具有石墨微晶结构的生物质炭,其骨架结构得以保留,纳米ZnO均匀负载在生物质炭表面,形成生物质炭/ZnO复合材料。与纯纳米ZnO相比,生物质炭/ZnO复合材料比表面积显著提高,具备优异的吸附性能,同时,NCC转化得到的生物质炭有效提高了ZnO的光生电子-空穴对的分离率。生物质炭/ZnO复合材料通过吸附-光催化协同效应去除水体中的MB,去除率显著增加。当生物质炭与ZnO的固体质量比为0.17:1时,生物质炭/ZnO复合材料的平均孔径为188.99 nm,比表面积为33.51 m2/g,在室温条件下,避光吸附30 min后,再使用500 W紫外灯照射20 min,即对MB降解率达到99.8%。      

纳米ZnO-氧化石墨烯及ZnO-氧化石墨烯/水性聚氨酯复合涂层的抗菌性能

循环冷却水系统滋生细菌会导致生物黏泥产生及设备腐蚀,为解决这一问题,由硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性纳米ZnO,改性纳米ZnO与氧化石墨烯（GO）在二甲基乙酰胺中复合,获得纳米ZnO-GO复合抗菌材料,并利用纳米ZnO-GO改性水性聚氨酯（PU）,得到纳米ZnO-GO/PU复合涂层。对纳米ZnO-GO复合抗菌材料进行表征分析及抗菌性能测试,对纳米ZnO-GO/PU复合涂层进行抗菌性能测试及物理性能分析。结果表明,纳米ZnO成功负载在GO表面,纳米ZnO-GO纯度较高,当GO质量分数为35wt%、纳米ZnO-GO使用量为160 mgL^-1时,其抗菌率可达97.16%;当纳米ZnO-GO质量分数为2.33wt%时,纳米ZnO-GO/PU复合涂层抗菌率可达90.29%,同时拥有4 H的铅笔硬度及93.26%的缓蚀性能。     

纳米BN与ZnO协效阻燃木粉-聚氯乙烯复合材料

为提高木粉-聚氯乙烯(WF-PVC)木塑复合材料的阻燃抑烟性能,本文将纳米BN与ZnO加入到WF-PVC木塑复合材料中,通过热压成型方法制备了阻燃WF-PVC木塑复合材料,研究了复合材料热分解、燃烧性能和力学性能。热重分析(TG)测试表明,BN和ZnO的加入一定程度上降低了复合材料的初始热分解温度,但明显提高了复合材料的热解残余物质量,BN和ZnO的质量比为1∶2时,复合材料的残炭量增加了21.7%。锥形量热仪燃烧测试表明,纳米BN和ZnO的加入能够显著提高复合材料的阻燃性能,与纯WF-PVC相比,BN与ZnO的加入能有效降低WF-PVC复合材料燃烧时的热释放和烟释放,复合材料的总热释放量和总烟气释放量最高分别降低18.2%和48.9%。通过万能力学试验机对材料进行力学性能测试,结果表明阻燃剂的加入一定程度上降低了复合材料的力学性能,对阻燃剂进行一定比例的复配,可有效减少对复合材料力学性能的损害,单独添加ZnO时,复合材料弯曲强度降低了29.5%,而BN和ZnO以2∶1的质量比复配时,复合材料的弯曲强度降低了9.9%。      

EVOH基体对EVOH纳米复合物力学性能的影响

为研究乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)基体对复合材料性能的影响,分别制备了EVOH-56(乙烯醇基含量为56%)/纳米TiO2复合材料、纳米ZnO复合材料、纳米蒙脱土复合材料,EVOH-68(乙烯醇基含量为68%)/纳米TiO2复合材料、纳米ZnO复合材料、纳米蒙脱土复合材料。根据TPT方程,分别计算出体系中各组分间相互作用相关的参数B,分析了基体对体系力学性能的影响。结果表明,EVOH-68/纳米TiO2,ZnO体系的参数B值小于EVOH-56/纳米TiO2,ZnO体系,并且相关力学性能数据也证明EVOH-68/纳米TiO2,ZnO体系的相间相互作用好,力学性能优于EVOH-56/纳米TiO2,ZnO体系。EVOH-56/纳米MMT体系和EVOH-68/纳米MMT体系的力学数据与TiO2,ZnO体系一起证明了复合体系的力学性能是两种机理竞争的结果。