纳米SiO2改性聚氨酯注浆材料的制备及性能研究

采用原位聚合法,通过掺入不同含量(0,2%,4%和6%)(质量分数)的纳米SiO₂,制备了纳米SiO₂改性聚氨酯注浆材料。通过电子密度计、黏度计、电子万能试验机和SEM等对该材料的密度、包水性、凝胶时间、力学性能和微观形貌等进行了测试表征。结果表明,随着纳米SiO₂含量的增加,改性聚氨酯注浆材料的密度、黏度、固含量、凝胶时间和包水性均呈现出逐渐增大的趋势。当纳米SiO₂的含量为6%(质量分数)时,试样的密度、黏度、凝胶时间、固含量、包水性和压缩强度均达到了最大值,分别为1.21 g/mol, 1 769 mPa·s, 140.8 s, 78%,53.9 s和0.115 MPa;随着纳米SiO₂含量的增加,改性聚氨酯注浆材料的遇水膨胀率和发泡率均呈现出逐渐减小的趋势,当纳米SiO₂的含量为6%(质量分数)时,试样的遇水膨胀率和发泡率达到了最小值,分别为811.2%和150.5%;SEM分析发现,未掺杂纳米SiO₂的聚氨酯注浆材料的尺寸分...     

埃洛石纳米管/水性聚氨酯氟化复合膜的制备及性能

利用原位聚合及表面氟化的方法制备了埃洛石纳米管/水性聚氨酯（HNTs/WPU）复合膜,并考察氨基化埃洛石纳米管（AHNTs）的含量及十七氟癸基三甲氧基硅烷（FAS）氟化对AHNTs/WPU复合膜性能的影响。结果表明:随着AHNTs与WPU的质量比增大,AHNTs/WPU复合膜的力学性能及耐热性呈先升高后降低的趋势,耐水性得到改善。当AHNTs与WPU的质量比为1.5%时,AHNTs/WPU复合膜具有较好的综合性能。AHNTs/WPU复合膜的拉伸强度、断裂伸长率及初始分解温度（T_d5）与纯WPU膜相比分别提高了50%、35%及9℃,复合膜的吸水率降低到5.8%,水接触角提高到95.1°。AHNTs/WPU复合膜经表面氟化处理后,水接触角进一步增大到114.5°,呈现出疏水性,表面氟化处理对复合膜的力学性能及吸水率也有一定的促进作用。      

硬脂酸改性超支化聚酯无氟水性聚氨酯拒水剂的制备及性能

以端羟丙基硅油(数均分子量2 000)、三羟甲基丙烷(TMP)、N-甲基二乙醇胺(N-MDEA)和甲苯二异氰酸酯(TDI)等为原料合成水性聚氨酯(WPU)。为了引入疏水支链结构,采用硬脂酸对端羟基超支化聚酯进行端基改性,得到硬脂酸封端的超支化聚酯。将WPU与硬脂酸改性超支化聚酯(SA-HBPE-3)进行复配,并应用于织物。采用红外光谱对改性前后的WPU及SA-HBPE-3的结构进行表征。通过静态水接触角、吸水率及应用测试,研究了SA-HBPE-3含量对SA-HBPE-3/WPU胶膜耐水性、表面能及拒水性能的影响规律。结果表明:随着SAHBPE-3含量从0增至30wt%,SA-HBPE-3/WPU胶膜的吸水率降至6.63%,涂覆处理织物的静态水接触角升至135.3°。SA-HBPE-3的引入提高了SA-HBPE-3/WPU胶膜的耐水性和涂覆织物的拒水性。当SA-HBPE-3含量为20wt%时,拒水效果达到最优值90分。     

SiO2/聚四氟乙烯复合薄膜的制备及力学性能

采用空气辅助干法共混、冷压烧结并车削成膜的方法制备了SiO₂填充量为35wt%、厚度为50 μm的聚四氟乙烯（PTFE）基复合薄膜。系统研究了SiO₂颗粒粒径对SiO₂/PTFE薄膜复合材料的孔洞缺陷和力学性能等的影响,并研究了SiO₂在PTFE中的分散情况及分子间相互作用对其性能变化的影响机制。结果表明,随SiO₂粒径的逐渐增大,其在PTFE中的分散趋于均匀,同时PTFE能更好地包覆粒子,因此SiO₂/PTFE薄膜孔洞缺陷逐渐减少,力学性能逐渐增强;当SiO₂的粒径D₅₀为12 μm时,其在PTFE中的分散均匀性最佳,SiO₂/PTFE复合薄膜孔洞缺陷最少,具有较好的力学性能,断裂伸长率达19.5%,拉伸强度达9.2 MPa。      

细菌纤维素-ZnO/水性聚氨酯复合薄膜的制备与性能

以细菌纤维素(BC)为模板,以ZnSO₄、NaOH和尿素为原料,通过水热法制备了具有新型刷状结构的细菌纤维素-ZnO(BC-ZnO)复合颗粒,尺寸约为3~5 μm,其中BC含量约为19wt%,并对其可能的形成机制进行阐述。将不同含量的BC-ZnO复合颗粒通过原位聚合法引入到水性聚氨酯(WPU)中得到细菌纤维素-ZnO/水性聚氨酯(BC-ZnO/WPU)复合薄膜,对复合膜的结构与性能进行了表征。结果表明:复合颗粒在WPU中分散良好;复合膜的拉伸强度在BC-ZnO含量为1.0wt%时达到最高,相较于纯WPU提高了84.6%;吸水率从16.5%降到4.9%;BC-ZnO的引入提高了复合膜的初始热稳定性;复合膜具有良好的抗菌性,当BC-ZnO含量为1.3wt%时,对金黄色葡萄球菌的抗菌率超过99%,对大肠杆菌的抗菌率超过85%。      

纳米SiO2对水性聚氨酯相形态及胶膜性能的影响

将接有氨基的纳米SiO2用于水性聚氨酯(WPU)的改性,制得SiO2/WPU杂合分散体。采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)、扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)考察了SiO2用量对胶膜微相分离和结晶性能的影响,研究了WPU相形态与胶膜耐水性、力学性能等的关系。结果表明,随着SiO2用量的增加,有序氢键化程度降低,无序氢键化程度增加,SEM和AFM图中软段和硬段的微相分离显著减弱,胶膜的相对结晶度从59.62%降至23.69%,说明SiO2的引入增加了软硬段的相容性,降低了软段结晶性能。当SiO2质量分数为2%时,拉伸强度为21.05MPa,断裂伸长率为317.43%,吸水率为24.26%,复合材料具有最佳的耐水性和力学性能。     

纳米SiO2改性竹纤维/乙烯基树脂复合材料界面相容性

以乙烯基树脂(VE)为基体,竹纤维(BF)为增强材料,通过偶联剂KH602对纳米SiO₂进行改性处理,并利用改性后纳米SiO₂分别对竹纤维和树脂进行改性处理,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)制备了BF/VE复合材料。采用FTIR、SEM对改性后纤维和树脂的表面物理化学状态进行表征,结果表明:改性纳米SiO₂成功化学接枝到竹纤维表面且分散到树脂基体中,改性纳米SiO₂在BF1/VE0.5 (用1.0wt%改性纳米SiO₂改性纤维和0.5wt%改性纳米SiO₂改性树脂)复合材料中分散更为均匀;采用力学试验机和SEM对复合材料力学、断口和表面形貌进行分析,考察改性纳米SiO₂的添加量对BF/VE复合材料力学性能、界面性能的影响。结果表明:BF1/VE0.5复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值49.0 MPa、70.6 MPa和150.4 J/m,与未处理的复合材料相比分别提高了18.9%、26.1%、70.7%。此外,还初步探讨了改性纳米SiO₂的界面增强机制。      

纳米纤维素增强SiO2气凝胶力学性能与微观结构

为克服SiO₂气凝胶强度低、易破碎等缺点,通过原位溶胶-凝胶法制备纳米纤维素（CNF）增强SiO₂气凝胶,并对SiO₂气凝胶的化学结构、微观形貌和力学、物理性能进行表征分析,探讨了CNF对SiO₂气凝胶力学性能的增强机制。结果表明：CNF独特的纳米级网络结构可增强SiO₂颗粒之间的联结强度;Si-OH（960 cm^-1）和Si-O-Si（1 225 cm^-1、1 056 cm^-1和800 cm^-1）等特征吸收峰的出现表明,CNF与SiO₂之间形成稳定的化学键联结;采用不同含量CNF气凝胶作为SiO₂增强相均可达到增强力学性能的效果,同时仍能保持SiO₂气凝胶本身质轻、高孔隙率、高比表面积等特性;当以CNF质量分数为6wt%的溶液制备气凝胶时,CNF增强SiO₂气凝胶具有最优的力学性能,压缩模量和压缩强度分别为12.43 MPa和2.59 MPa。     

纳米SiO2/聚苯硫醚和SiO2-玻璃纤维/聚苯硫醚复合材料的性能

利用纳米SiO₂改性聚苯硫醚（PPS）树脂及玻璃纤维（GF）/PPS复合材料,探究纳米SiO₂对PPS树脂及GF/PPS复合材料性能的影响规律。采用熔融共混工艺制备纳米SiO₂/PPS树脂,并采用热压成型方法制备纳米SiO₂-GF/PPS复合材料,利用SEM、DSC、DMA和力学测试表征不同纳米SiO₂含量的SiO₂/PPS和SiO₂-GF/PPS复合材料。结果表明：纳米SiO₂通过熔融共混工艺能够均匀分散在PPS基体中,并提高PPS结晶度和弯曲性能。添加1wt%纳米SiO₂有效提高了GF/PPS复合材料的力学性能：层间剪切强度提高49.4%,弯曲强度提高30.6%,弯曲模量提高14.6%。纳米SiO₂的添加可以提高GF/PPS复合材料的玻璃化转变温度,同时纳米SiO₂能够改善树脂基体韧性并阻碍裂纹的扩展。     

水性聚氨酯膜吸收CO2矿化形成复合膜及其防腐蚀性能

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚二元醇(PPG)和N,N-二甲基-N’,N’-二(2-羟丙基)-1,3-丙二胺等为主要原料制备了聚氨酯预聚体,并利用乙酸、3-羧基-3-羟基戊二酸和2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为成盐剂与聚氨酯预聚体反应,产物经乳化得到3种阳离子水性聚氨酯胶乳(WPU1,WPU2和WPU3),并将其制膜后浸泡在模拟海水中。研究了3种水性聚氨酯膜吸收CO₂并矿化形成聚氨酯-碳酸钙(PU-CaCO₃)复合膜的过程及防腐蚀性能。红外光谱分析结果表明,成功合成了3种阳离子水性聚氨酯。粒径分析表明,WPU1,WPU2和WPU3胶乳粒径大小分别为19.38 nm,93.08 nm和84.33 nm。X射线衍射、扫描电镜和电化学测试结果表明,WPU2和WPU3膜经模拟海水浸泡后表面出现CaCO₃矿化层,WPU3膜表面形成的矿化层较致密,且具有优良的防腐蚀性能,其腐蚀速率和腐蚀电流密度分别为1.70×10^-3mm/a和1.44×10^-7A/cm²。     

纳米SiO2质量分数对胶粘碳纤维增强树脂复合材料板-钢搭接界面黏结性能的影响

胶黏剂力学性能对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)加固钢结构的界面黏结性能影响显著。基于研制的胶黏剂配比,分析了不同纳米SiO₂质量分数对胶黏剂常温固化后基本力学性能及微观结构的影响,制作了31个CFRP板-钢板双搭接试件,对其进行了常温固化后的承载能力、有效黏结长度、传力模式、黏结-滑移本构等试验研究,得出了纳米SiO₂质量分数对CFRP板-钢板搭接试件界面黏结性能的影响规律,并与常用商品胶黏剂进行了比较。研究结果表明:随纳米SiO₂质量分数的增加,胶黏剂应力-应变关系由线性转变为非线性,应变能、断裂伸长率及剪切强度分别最高提升了292.10%、202.88%和133.12%。微观结构分析表明纳米SiO₂的添加使断面粗糙度显著增加,形成了密集的塑性空穴,产生了更多的微裂纹,使胶黏剂的韧性大幅度提高。当纳米SiO₂质量分数从0增至1wt%,搭接试件破坏模式由界面破坏逐渐变为CFRP板层离破坏。掺入纳米SiO₂能显著增加搭接试件的极限承载力(提升256.96%)及界面有效黏结长度(提升3倍),提高CFRP表面的应变及界面剪应力峰值。纳米SiO₂质量分数为0与0.5wt%的搭接试件的黏结-滑移曲线为双线性三角形模型,纳米SiO₂质量分数为1wt%的搭接试件的黏结-滑移曲线为三线性梯形模型,黏结界面韧性大幅提升。CFRP-钢界面承载能力受胶黏剂拉伸强度与断裂伸长率的双重影响,非线性高强度(即具有较高应变能)胶黏剂对应的CFRP-钢搭接接头具有更好的界面性能。      

玻璃纤维表面纳米SiO_2改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)表面纳米SiO2改性对GF增强树脂基复合材料力学性能的影响,利用真空辅助模压(VAMP)工艺制备了不同含量的纳米SiO2表面改性GF增强聚环状对苯二甲酸丁二醇酯(PCBT)复合材料。分析了GF表面改性对GF/PCBT复合材料力学性能的影响,研究了纤维表面改性对GF/PCBT复合材料抗湿热老化性能的影响规律。纤维拔出试验结果表明:经表面处理的GF/PCBT复合材料的界面剪切强度提高了1.16倍;采用含量为0.5wt%和2wt%(与树脂质量比)的纳米SiO2处理GF表面后,复合材料的三点弯曲强度分别提高1.5倍和1.67倍,弯曲模量分别提高1.03倍和1.17倍。SEM结果显示:当纳米SiO2用量为2wt%时,破坏后的纤维表面被树脂完全覆盖,树脂与纤维粘结良好。在湿热条件下,由于纳米SiO2颗粒的存在,水分子很难通过界面相扩散到改性后的材料内部,其抗湿热性能提高。     

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...     

单硬脂酸甘油酯改性蓖麻油基水性聚氨酯的制备与性能研究

目的 使用单硬脂酸甘油酯(GMS)对蓖麻油基水性聚氨酯进行改性,增强其防水、耐热和力学性能。方法 使用丙酮法合成不同GMS含量的蓖麻油基水性聚氨酯乳液,进行乳液粒径测定和稳定性试验;使用浇铸法制作薄膜,并进行铅笔硬度测试、力学性能测试、吸水测试、接触角测试、热重测试、DSC、FTIR测试。分析薄膜表面硬度、力学性能、耐水性能、热稳定性、耐热性能和内部结构。结果 当GMS的−OH的摩尔分数为25%时薄膜综合性能最佳,此时膜的抗拉强度为(9.37±1.28)MPa,弹性模量为(250.55±34.05)MPa,薄膜的吸水率降低到12%,薄膜的水接触角为92°。GMS的加入,增加了薄膜的玻璃态转化温度和铅笔硬度,但热稳定性有所下降。结论 GMS的加入增强了蓖麻油基水性聚氨酯的耐水、耐热和力学性能。     

纳米SiO2接枝聚合改性及在EVOH中的应用

以硅烷偶联剂3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)对纳米二氧化硅(SiO2)进行表面处理,通过分散聚合工艺分别制得SiO2-g-KH570-g-PS、SiO2-g-KH570-g-PMMA和SiO2-g-KH570-g-PAN,采用熔融共混法制备了乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)/纳米SiO2复合材料(5%(...     

单层氧化石墨烯改性水性聚氨酯

采用一种新型高效的铁系强氧化剂成功制备出单层氧化石墨烯(GO),通过衰减全反射红外光谱、X射线衍射、拉曼光谱、原子力显微镜、场发射电子显微镜表征了这种单层GO的形态和性质。通过超声将GO分散于去离子水中,于水性聚氨酯(WPU)合成的乳化阶段共混制备出GO-WPU复合材料,测试了其拉伸性能、热学性能、疏水性的变化,同时利用透射电镜和场发射电子显微镜分别对乳液粒子形态与涂膜截面形貌进行了观察。结果表明,单层GO在乳化阶段的加入所制备的复合材料的拉伸强度得到了明显的改善,由原来的10 MPa增加到24 MPa,当GO质量分数为0.30%,复合聚氨酯的初始热分解温度(T_(d5))从245℃上升到272℃,同时,随着GO用量的逐步增加,复合膜的接触角则由70.3°提高到了95.2°从而实现了疏水性的改善。