复配偶联剂对SiO_2/聚四氟乙烯复合材料性能的影响

制备了不同组分配比的氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)-苯基三甲氧基硅烷(Z6124)复配偶联剂(KH550-Z6124)改性SiO2/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,系统地研究了KH550-Z6124组分配比对复合材料介电性能、吸水率和导热性能的影响。采用Lichtenecker模型计算了SiO2/PTFE复合材料的介电常数和介电损耗理论值,并与实验值进行对比。结果表明:当KH550、Z6124的含量(以SiO2的质量为基准)分别为0.3wt%和1.7wt%时,KH550-Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的介电损耗由Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的1.7×10-3降低至1.0×10-3,吸水率由0.082 6wt%降低至0.020 3wt%,导热率提高66%;SEM形貌分析发现KH550-Z6124改性SiO2颗粒在PTFE基体中均匀分散,界面连接更紧密;KH550-Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的介电常数和介电损耗实验值更接近其理论值。     

石墨烯-多壁碳纳米管协同增强环氧树脂复合材料的低温力学性能

为了提高环氧树脂的低温力学性能,采用石墨烯与多壁碳纳米管(MWCNTs)协同改性环氧树脂,系统研究了石墨烯-MWCNTs/环氧树脂复合材料的室温(RT)和低温(77K)力学性能。结果表明:当石墨烯的质量分数为0.1wt%,MWCNTs的质量分数为0.5wt%时,纳米填料的加入可同时改善环氧树脂的低温拉伸强度、弹性模量和冲击强度;在此最佳含量下,石墨烯-MWCNTs/环氧树脂复合材料在RT和77K时的拉伸强度皆达到最大值,比纯环氧树脂的拉伸强度分别提高了11.04%和43.78%。石墨烯和MWCNTs能协同提高环氧树脂的低温力学性能。     

透明LED石墨烯/苯基硅橡胶复合封装材料

采用化学接枝技术,利用硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）、水合肼改性氧化石墨烯（GO）制备功能型石墨烯（FG）。将FG与苯基硅橡胶混合,采用氢化硅烷化法,在铂催化剂作用下制备了一种发光二极管（LED）封装用FG/苯基硅橡胶复合材料,考察了改性后FG结构、表面官能团变化以及其用量对FG/苯基硅橡胶复合材料力学性能及光学性能的影响,并分析了FG/苯基硅橡胶复合材料的微观相态及其热稳定性。结果表明:经KH-550改性后的FG表面附有特殊官能团,能提高其在苯基硅橡胶中的分散性。当苯基硅橡胶中引入0.010 0wt% FG时,FG/苯基硅橡胶复合封装材料的透光率仍可达到85%以上,耐紫外老化性能和力学性有明显提高。FG/苯基硅橡胶复合材料的热分解温度为690 ℃、GO/苯基硅橡胶复合材料的热分解温度为623 ℃,而纯苯基硅橡胶的热分解温度为491 ℃,且FG/苯基硅橡胶复合材料的放热量始终比纯苯基硅橡胶略低。苯基硅橡胶中引入0.010 0wt% 改性的FG,材料热分解温度提高了200 ℃,放热量有所减少,能更好满足功能型LED复合封装材料热稳定性能要求。      

混杂功能化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

对多壁碳纳米管(MWCNTs)分别进行共价、非共价和混杂功能化改性, 然后采用溶液共混法, 将三种功能化类型的MWCNTs按不同质量分数分别加入环氧树脂(EP)制备MWCNTs/EP复合材料。通过拉伸试验和热重分析, 研究MWCNTs的功能化类型及含量对复合材料力学性能和热学性能的影响, 并对复合材料拉伸试件断面进行SEM观察分析。结果表明: 与共价功能化复合材料(MWCNTs-Epon828/EP)和非共价功能化复合材料(MWCNTs-PPA/EP)相比, 混杂功能化复合材料(MWCNTs-Epon828-PPA/EP)的力学性能和热学性能最佳。当MWCNTs质量分数为0.3%时, 其拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率较纯EP分别提高30%, 62%和26%。      

超细绢云母/加成型液体硅橡胶复合材料的制备及性能

以天然绢云母矿物为原料,利用气流磨超细粉碎、乙烯基三乙氧基硅烷表面修饰处理对绢云母进行深加工,得到有机化的绢云母超细粉体,再采用溶液聚合方法制备出具有优良性能的超细绢云母/加成型液体硅橡胶复合材料。用SEM对其微观形貌进行了观察和分析,通过观察SEM可以发现经偶联剂表面修饰处理后超细绢云母在硅橡胶基体中分散均匀。当超细绢云母质量分数为8%时,复合材料的拉伸强度和邵氏硬度达到了1.25 MPa和61,分别比纯硅橡胶提高了197.62%和48.78%。TGA测试结果表明,超细绢云母可显著提高硅橡胶的热稳定性能。此外,用Kraus方程对超细绢云母与硅橡胶之间的相互作用进行了表征。      

纳米碳形貌对纳米碳/聚乙烯导电复合材料性能的影响

分别以纺锤形碳酸钙表面改性的二维片状石墨烯微片（CGM）和多壁碳纳米管（MWCNTs）作为导电剂填充改性聚乙烯（PE）制备导电复合材料。重点研究了二维或一维纳米碳/PE复合材料形成导电网络时力学与电学性能。CGM/PE或MWCNTs/PE复合材料达到抗静电要求时CGM的质量分数为8wt%,而MWCNTs的质量分数为1wt%。填充8wt% CGM的复合材料表现出优异的综合性能,而填充0.5wt% MWCNTs的复合材料综合力学性能达到最大值还未能达到抗静电要求,达到抗静电要求时MWCNTs/PE复合材料的综合力学性能出现下降趋势。通过形貌及流变学分析了复合材料不同的力学与电学性能的微观作用因素。CGM/PE复合材料流变渗流阈值与导电渗流阈值存在比较好的相关性,MWCNTs/PE复合材料达到流变渗流阈值还不能形成导电网络。结果表明,与二维CGM相比,一维MWCNTs不易均匀分散于聚合物基体中,并降低MWCNTs/PE复合材料的力学性能。     

基于改性碳纳米管的有机硅导热复合材料的制备及其性能

通过3,4-二氟苯基双环己基乙烯(ECFB)液晶对碳纳米管(MWCNTs)进行功能化改性，并将ECFB-MWCNTs作为有机硅树脂的填料制备得到有机硅纳米复合材料。采用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、差示扫描量热仪(DSC)、X-射线衍射仪(XRD)等多种表征方法，完整揭示了ECFB与MWCNTs之间的非共价键作用，采用扫描电子显微镜(SEM)、导热系数仪等对样品进行性能表征。结果表明ECFB液晶有利于改善MWCNTs在有机硅复合材料中的分散性，提高与有机硅基体之间的界面作用，进而有效提高有机硅纳米复合材料的导热性能。当碳纳米管质量分数为11%时，ECFB-MWCNTs/有机硅复合材料的导热系数为0.8101 W/(m·K),是纯有机硅橡胶的5.3倍，是相同比例的MWCNTs/有机硅材料的2.3倍，这也说明通过液晶对碳纳米管进行修饰改性在纳米复合导热材料中具有广阔的应用前景。     

多壁碳纳米管改性氰酸酯/环氧树脂基纳米复合材料的力学性能

用强酸氧化法与等离子体镀膜法分别对原始多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面修饰,制备了MWCNTs改性氰酸酯/环氧树脂基纳米复合材料。对复合材料的断裂面进行SEM分析,研究了表面处理方法对复合材料室温及低温力学性能的影响。结果表明,经等离子体镀膜表面修饰后的MWCNT在基体中分散更为均匀,与基体的界面结合力更强。经等离子体镀膜表面改性后的MWCNTs复合材料,当MWCNTs质量分数为0.3%时,其室温及低温拉伸强度、弹性模量和冲击强度较纯氰酸酯/环氧树脂基体均有不同程度的提高。     

有机硅导热复合材料的制备及其性能

采用3,4-二氟苯基双环己基乙烯(ECFB)液晶对碳纳米管进行改性,将改性后的碳纳米管(MWCNTs)作为填料制备有机硅复合材料。利用液晶的取向性,在复合材料固化成型过程中施加电场力,诱使碳纳米管取向。采用FTIR、POM、TEM、导热系数测试等手段对改性碳纳米管及复合材料的形貌、结构、性能进行表征。结果表明,ECFB液晶可以改善碳纳米管在有机硅复合材料中的分散性。导热系数测试表明,当复合材料中碳纳米管的质量分数为11%时,施加电场后的ECFB-MWCNTs/有机硅复合材料导热系数达到1.5112 W/(m·K),是施加电场后的MWCNTs/有机硅复合材料的4倍多,是纯有机硅橡胶的近10倍。     

HDPE-g-MAH对HDPE/石墨导热复合材料性能的影响

针对高密度聚乙烯(HDPE)/石墨复合材料中石墨与HDPE的相容性差,复合材料性能较差的缺点,采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷对石墨进行表面改性,然后以HDPE-g-MAH作为HDPE与石墨的相容剂,研究了其对HDPE/石墨导热复合材料性能的影响。结果表明,当HDPE-g-MAH用量为3%(质量分数,下同)时,HDPE/石墨复合材料的拉伸强度和冲击强度分别从未加HDPE-g-MAH时的25.0 MPa和5.9 J/m2提高到27.1 MPa和6.9 J/m2。SEM结果显示,HDPE-g-MAH改善了HDPE与石墨的界面结合情况。接触角和表面能结果进一步证明,HDPE-g-MAH改善了石墨在HDPE基体中的分散性,石墨在HDPE中的团聚减少。     

多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电常数复合材料的制备与性能

为制备具有高介电常数的复合材料,采用注射成型法制备了原始多壁碳纳米管(P-MWCNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料和石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)/PVDF复合材料。然后,对P-MWCNTs和G-MWCNTs进行了Raman光谱表征,对MWCNTs/PVDF复合材料进行了断面形貌、力学性能和电学性能测试。结果表明:G-MWCNTs比P-MWCNTs具有更高的纯度和结晶度,两种不同的MWCNTs都能均匀分散在PVDF基体中,添加MWCNTs会显著影响PVDF的力学行为。MWCNTs/PVDF复合材料的介电性能随MWCNTs含量的增加而提高,与P-MWCNTs相比,G-MWCNTs有效降低了复合材料的渗流阈值。当频率为100 Hz时,纯PVDF的介电常数为7.0;当P-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数为23.8;当G-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数高达105.0。注射成型法制备的MWCNTs/PVDF复合材料仍保持相对较低的电导率,进而导致复合材料的能量损耗较低,对电荷存储应用具有重要意义。     

酸化处理多壁碳纳米管/氰酸酯树脂复合材料性能

采用酸化处理的多壁碳纳米管（MWCNTs）增强双酚A型氰酸酯-酚醛型氰酸酯（BCE-NCE）树脂。通过SEM、TEM对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料微观结构进行表征,利用DSC、DMA和TG/DTA对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料热性能进行研究,采用电子拉力机对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料力学性能进行测试,采用谐振腔法对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料介电性能进行测试。结果表明,混酸处理过的MWCNTs在BCE-NCE树脂基体中的分散效果较好。MWCNTs对BCE-NCE树脂热力学性能影响不大,当MWCNTs添加量为0.8wt%时,BCE-NCE树脂玻璃化转变温度（T_g）从298℃下降到285℃,但仍维持较高水平。当MWCNTs添加量为0.6wt%时,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料冲击强度为11.40 kJ/m²,提高了40.7%。MWCNTs的加入增加了BCE-NCE树脂介电常数和介电损耗,当MWCNTs添加量为0.8wt%、频率为1 GHz时,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料介电常数为5.1,介电损耗为0.032。因此,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料未来可在耐高温复合材料和电子等行业应用。     

Preparation and dielectric properties of surface modified TiO2/silicone rubber nanocomposites

A TiO₂/silicone rubber (SR) nanocomposite was prepared via three-roll grinding followed compressive molding technology. The TiO₂ nanoparticles were chemically modified with silane couple agent and the modification effect on the dielectric and mechanical properties of the resultant composites was investigated. The results showed that the electrical breakdown strength and ultimate tensile strength of the modified TiO₂ (m-TiO₂)/SR nanocomposites enhanced significantly while the dielectric loss decreased relative to the naked TiO₂ (n-TiO₂)/SR nanocomposites. These results were well correlated to the uniform dispersion state of the m-TiO₂ as well as the remarkably enhanced interfacial interaction thanks to the presence of the silane couple agent.     

Thermal and mechanical properties of phenolic-based composites reinforced by carbon fibres and multiwall carbon nanotubes

The thermal, mechanical and ablation properties of carbon fibre/phenolic composites filled with multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) were investigated. Carbon fibre/phenolic/MWCNTs were prepared using different weight percentage of MWCNTs by compression moulding. The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM), flexural tests, thermal gravimetric analysis and oxyacetylene torch tests. The thermal stability and flexural properties of the nanocomposites increased by increasing MWCNTs content (wt% ⩽1), but they decreased when the content of MWCNTs was 2 wt%. The linear and mass ablation rates of the nanocomposites after modified with 1 wt% MWCNTs decreased by about 80% and 52%, respectively. To investigate the material post-test microstructure, a morphological characterization was carried out using SEM. It was shown that the presence of MWCNTs in the composite led to the formation of a strong network char layer without any cracks or opening.     

氧化石墨烯核-壳杂化粒子/硅橡胶介电弹性体复合材料的制备与性能

采用阳离子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)改性SiO₂, 再通过静电自组装制备了SiO₂-PDDA-氧化石墨烯(GO)核-壳杂化粒子。采用溶液共混法将SiO₂-PDDA-GO引入到高温硫化硅橡胶(SR)中, 制备了SiO₂-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料。结果表明:该方法能实现GO在SiO₂表面大面积的包覆, 解决了GO容易自聚集的问题, 且PDDA具有还原GO的作用, 无需再对GO核-壳杂化粒子/SR复合材料进行原位热还原, 简化了实验方案, 节能环保。SiO₂-PDDA-GO填充量为60wt% 时, 在100 Hz频率下, SiO₂-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料的介电常数为21.53, 是SR的11.6倍, 介电损耗保持较低值, 同时, 复合材料的模量保持在较低水平。在电场强度为2.48 kV/mm时, 60wt%的SiO₂-PDDA-GO/SR介电弹性体复合材料横向电致形变在同一电场强度下与SR相比增加了15倍。      

废胶粉的表面处理及在天然橡胶中的应用

采用硅烷偶联剂KH550对废胶粉进行表面处理,并将处理后的废胶粉与天然橡胶复合制备WRP/NR复合材料。借助L16(45)正交试验及单因素试验,探讨了废胶粉目数、废胶粉用量、硅烷偶联剂KH550用量对复合材料力学性能的影响;对处理后的废胶粉表面和橡胶拉伸试样断裂面进行了扫描电镜(SEM)观察;并通过热重分析研究了天然橡胶和复合材料的热降解性能。结果表明:当废胶粉目数为80目,废胶粉用量为10%,硅烷偶联剂KH550用量为1.5%时,复合材料的力学性能最优,拉伸强度为27.89MPa。SEM结果表明废胶粉表面粗糙度增大,比表面积增大,与NR基体的相容性得到了提高。而热重分析表明改性废胶粉的加入对天然橡胶的热稳定性能影响不大。     

聚丙烯/改性煤系高岭土复合材料的制备与性能

煤系高岭土经过硅烷偶联剂表面改性后,与聚丙烯(PP)树脂熔融共混制备出聚丙烯/改性煤系高岭土复合材料。通过X射线衍射、红外光谱、力学性能和扫描电镜分析,研究了改性煤系高岭土的填充量对复合材料力学性能的影响。结果表明,利用硅烷偶联剂可以实现煤系高岭土的表面改性。改性煤系高岭土填充量为3%时,复合材料具有最佳的冲击韧性。填充量为5%时,复合材料的断裂伸长率达到最大值。随着改性煤系高岭土填充量的增加,复合材料的弯曲强度和弯曲模量逐渐增大,填充量为10%时,二者比纯PP分别提高14.5%和27.5%。     

硅灰石表面改性及其在聚丙烯中的应用

采用硅烷对硅灰石进行了表面改性实验,将活化后的粉体加入聚丙烯材料中,研究了硅烷改性对聚丙烯/硅灰石复合材料性能的影响。通过对改性前后粉体吸油值及红外光谱分析以及对填充聚丙烯材料新鲜断面的扫描电镜分析,研究硅烷改性硅灰石的效果和改性机理。结果表明:硅烷偶联剂适宜用量为硅灰石质量的0.8%~1.2%,改性温度为80℃,时间为15~20 min。表面改性可以显著提高聚丙烯/硅灰石复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、热变形温度等性能指标。     

Tailoring of thermal and dielectric properties of LDPE-matrix composites by the volume fraction,density, and surface modification of hollow glass microsphere filler

Hollow glass microsphere (HGM) filled low-density polyethylene (LDPE) composites were prepared, and the effects of density, content, and surface modification of HGM on the thermal and dielectric properties of the composites were investigated. It is found that the thermal conductivity of the composites decreases with increasing HGM content or decreasing HGM density. At the same HGM content and density, the composites filled with suitable amount of silane coupling agent (KH570) modified HGM exhibit higher thermal conductivity than unmodified-HGM filled composites. The dielectric constant at 1 MHz of the composites also decreases with increasing HGM content or decreasing HGM density, but their dielectric loss increases with increasing HGM content or increasing HGM density. By modifying the surface of HGM with suitable amount of KH570, the dielectric constant and loss at 1 MHz of the composites can be decreased at the same time. The results of microwave dielectric properties of the composites indicate that the dielectric constant decreases with increasing HGM content or decreasing HGM density, the quality factor (Q × f) decreases with increasing HGM content or increasing HGM density, but both dielectric constant and quality factor are slightly affected by the surface modification of HGM. Due to lower intrinsic thermal conductivity and dielectric constant but higher dielectric loss of HGM than LDPE, the thermal conductivity and dielectric properties of the composites can be controlled with adding HGM and varying its volume fraction. The surface modification of HGM improves the interface contact between HGM and LDPE in the composites, which is confirmed by the SEM observation, and thus the heat conduction and dielectric properties at low frequency are improved. Based on calculated thermal conductivity and dielectric constant of HGM, the experimental trends of thermal conductivity and dielectric constant at 1 MHz of the composites are analyzed by using different models, including typical models for particles-filled composites and special models developed for hollow microsphere filled composites. The results from suitable models show close correlation with the experimental values.