炭纤维表面官能团异氰酸酯化及阴离子接枝尼龙6研究--(Ⅱ)接枝对CF/PA6复合材料中尼龙6等温结晶动力学的影响

利用差示扫描量热仪(DSC)研究了炭纤维(CF)表面官能团异氰酸酯化及其阴离子接枝尼龙6(PA6)对CF／PA6复合材料中PA6的等温结晶动力学的影响。结果表明,PA6的等温结晶过程主要为成核作用控制;未接枝的CF对PA6结晶起异相成核作用,提高了PA6的结晶速率;表面阴离子接枝PA6的CF对PA6结晶仍起异相成核作用。但由于增加了复合材料的界面粘结作用,同时又会阻碍PA6分子链的迁移运动,导致表面阴离子接枝PA6的CF／PA6复合材料中PA6组分的结晶速率虽比纯PA6大,但比未接枝PA6的CF／PA6复合材料小,且结晶度也有所下降。     

炭纤维表面官能团异氰酸酯化及阴离子接枝尼龙6研究--(Ⅳ)接枝对CF/PA6复合材料界面形态的影响

利用偏光显微镜(PLM)研究了炭纤维(CF)表面异氰酸酯化及其阴离子接技尼龙6(PA6)对CF／PA6复合材料界面形态的影响，考察了纤维表面化学性质、结晶温度对CF／PA6复合材料界面形成横晶的影响。结果表明．在低于初始结晶温度至接近熔点范围内，PA6在未接枝与接枝CF表面均可以形成横晶，结晶温度低形成的横晶不致密、不完整，纤维诱发横晶的能力小．结晶温度高形成的横晶完整而致密，纤维诱发横晶的能力大。在相对较低的结晶温度下，接枝CF比未接枝CF具有较高的诱发横晶能力，同时诱发的横晶致密度高且完整性好。     

炭纤维表面官能团异氰酸酯化及阴离子接枝尼龙6研究--(Ⅲ)接枝对CF/PA6复合材料中PA6多重熔融行为的影响

利用差示扫描量热仪(DSC)研究了炭纤维(CF)表面异氰酸酯化改性后阴离子接枝尼龙6(PA6)对CF／PA6复合材料中PA6的多重熔融行为的影响。结果表明：CF的加入和其表面的接枝改性都会改变PA6等温结晶所得晶体的晶型和结晶度，且此作用与等温结晶的温度有关。较低的结晶温度下，未接枝CF表面的诱导作用有利于基体PA6形成稳定的α晶型；而表面接枝改性CF与PA6界面相互作用的提高会阻碍基体形成稳定的α晶型，主要形成γ和γ^o晶型。较高温度下，未改性CF表面的诱导作用减弱，基体与纯PA6一样主要形成γ晶型；而接枝改性CF则使得基体倾向形成亚稳定的γ^o型结晶。且未接枝CF的加入使得PA6的表观相对结晶度增大。而CF接枝改性后复合材料的表观相对结晶度减小。     

Kevlar纤维改性尼龙6复合材料的等温结晶动力学及熔融行为

通过改性使Kevlar纤维(KF)成为己内酰胺阴离子开环聚合的活性中心,采用阴离子接枝法在其表面接枝上PA6低聚物,并与基体PA6混合,用挤出和注塑方式制备尼龙6/改性Kevlar纤维(PA6/KF1)复合材料.XPS,ESEM和FTIR分析表明Kevlar纤维表面接枝上了PA6低聚物.DSC测试表明,Kevlar纤维对PA6结晶起异相成核作用,提高了PA6 的结晶速率;由于表面接枝PA6的KF1与基体良好结合,阻碍了PA6分子链的迁移运动,导致其对PA6结晶成核作用不如未改性纤维(KF0);在较低温度下(188～192℃)等温结晶后的PA6呈现Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三重峰的熔融行为;而在较高温度(194℃),纯PA6的熔融行为则呈现熔融双峰;KF的加入同时使PA6的熔融行为发生显著变化.     

Kevlar纤维表面改性对PA6/Kevlar纤维复合材料等温结晶行为的影响

用差示扫描量热仪(DSC)研究了KF表面阴离子接枝尼龙6对PA 6/KF复合材料等温结晶行为的影响。结果表明,PA 6的等温结晶过程主要为成核作用控制;未接枝的KF对PA 6结晶起异相成核作用,提高了PA 6的结晶速率;表面阴离子接枝尼龙6的KF对PA 6结晶仍起异相成核作用,但由于复合材料的界面相互作用提高,同时又会阻碍PA 6分子链的迁移运动,导致表面阴离子接枝PA 6的PA 6/KF复合材料中PA 6组分的结晶速率虽比纯PA 6大,但比未接枝PA 6的PA 6/KF复合材料小,且结晶度也有所下降。     

阴离子原位聚合碳纤维增强尼龙6界面的研究

碳纤维表面可接枝上高聚物活性官能团,以调节复合材料中纤维与树脂之间的界面效应,从而改善复合材料的性能,通过控制接枝高聚物的结构可以很好的设计具有预定性能的界面层。热处理对纤维的强度不会造成影响,其表面官能团含量在1h附近达到最大值。未经异氰酸酯接枝处理的碳纤维表面没有聚合接枝尼龙大分子,热处理后再经过异氰酸酯处理,能明显看到尼龙分子接枝到纤维表面。当聚合单体中不添加活化剂,纤维表面的树脂接枝率可达到18.8%;单体中添加0.003的活化剂(占单体摩尔比),碳纤维表面的尼龙6接枝率只有7.65%,这是单体基体与纤维界面反应竞争的结果。碳纤维表面对原位聚合生成的尼龙以及改性尼龙结晶有很大影响,碳纤维未接枝处理时表面形成的横晶比较少;碳纤维接枝处理后可以看见纤维附近存在大量晶体结构,结晶体密度高,有利于材料性能改良。     

微晶纤维素的表面改性对己内酰胺聚合的复合材料性能的影响

利用2,4-甲苯异氰酸酯(TDI)对微晶纤维素(MCC)进行改性,将改性前后的纤维素(MCC和TMCC)分散到己内酰胺(CL)中并利用CL阴离子开环聚合制备得到MCC/PA6和TMCC/PA6复合材料,研究TDI对MCC表面改性对复合材料的影响。扫描电子显微镜和傅立叶红外光谱结果表明TDI和MCC表面发生了接枝反应。比较复合材料中CL的转化率,发现TMCC/PA6复合材料中CL的转化率比MCC/PA6复合材料中CL的转化率高;测试复合材料中PA6和纯PA6的分子量,结果表明TMCC/PA6复合材料中PA6的分子量明显高于MCC/PA6复合材料中PA6的分子量;测试MCC、TMCC含量为1%(质量分数)的复合材料与纯PA6在250℃的剪切粘度,发现复合材料在250℃下剪切粘度在低频下均比PA6高,且前者最高,高频时两者趋向一致。     

阴离子原位聚合橡胶改性尼龙6形态结构研究

采用脂肪族聚异氰酸酯(HDI脲二酮)接枝端羟基聚丁二烯液体橡胶(HTPB),再用己内酰胺封端异氰酸酯基团,制得橡胶改性剂,通过阴离子聚合制得液体橡胶改性尼龙6树脂。红外分析表明,HDI脲二酮接枝到HTPB的羟基上后被己内酰胺成功封端,进而发生阴离子聚合生成橡胶改性尼龙共聚物。冲击断面分析,当橡胶质量含量高于15%以后,改性尼龙树脂表现出明显的韧性断裂,脆断后甲苯刻蚀表明,随着橡胶活化剂含量增加,未参与聚合橡胶含量增加,导致橡胶微相尺寸变大且均匀性下降。在180℃条件下,聚合生成橡胶改性尼龙6树脂表现为α晶型,橡胶的加入并没有改变尼龙6的晶型;树脂熔融再速冷结晶后,尼龙6以亚稳定γ晶型为主,随着橡胶含量的增加,α晶型明显增强,说明橡胶相的存在有助于形成较稳定的α晶型。     

Kevlar纤维表面改性对PA6/KF复合材料力学性能与破坏形态的影响

用挤出和注塑的方法加工了PA 6/K ev lar纤维(KF)复合材料,研究了其拉伸、弯曲和冲击性能以及破坏形态。结果表明,KF表面酰氯化、己内酰胺封端并经阴离子接枝尼龙6处理的PA 6/KF 1复合材料的拉伸强度和弯曲强度均得到明显提高,弯曲模量基本不变,冲击强度则有所下降。由断面形态可知,PA 6/KF 0拉伸破坏呈界面脱粘破坏形态,而PA 6/KF 1复合材料呈部分非界面脱粘破坏。弯曲和冲击破坏时PA 6/KF 1复合材料的断口纤维粘附大量尼龙6树脂,而PA 6/KF 0复合材料粘附尼龙6量很少。界面粘接良好导致PA 6/KF 1复合材料冲击性能下降。     

尼龙6/Kevlar纤维复合材料的非等温结晶行为及熔融特性

采用阴离子接枝法对K ev lar纤维(KF)进行表面改性,并用挤出方式分别制备尼龙6/未改性K ev lar纤维(PA 6/KF 0)及尼龙6/改性K ev lar纤维(PA 6/KF 1)复合材料。利用差示扫描量热仪(DSC)研究了KF 0和KF 1对PA 6/KF复合材料非等温结晶行为与熔融特性的影响,并与PA 6进行比较。结果表明,KF 0和KF 1起成核作用,提高了基体PA 6结晶的起始温度Tconset,减小其总结晶时间ttotal,同时提高了PA 6熔融时低温峰的相对强度,其中KF 1的效果更为明显;随着冷却速率β的加快,PA 6/KF 0和PA 6/KF 1复合材料中PA 6组分与纯PA 6一样,其Tocnset移向低温,且PA 6的熔融热谱由单重熔融峰向双重熔融行为转变。     

改性马来酸酐橡胶接枝物增韧尼龙6的制备及表征

为了促进橡胶接枝物与尼龙6(PA6)的相容性并提高增韧效果,利用马来酸酐和对苯二胺合成了一种含酰胺键的二元羧酸,命名为对苯马来二酰胺二酸(改性马来酸酐,MDMA),并将MDMA接枝到三元乙丙橡胶(EPDM)上,制备出不同接枝率的改性马来酸酐橡胶接枝物(EPDM-g-MDMA),以EPDM-g-MDMA与PA6质量比为30∶70,通过共混挤出制备了含不同接枝率接枝物的EPDM-g-MDMA/PA6共混物。通过核磁共振和红外光谱对MDMA进行了测试,表明成功合成了所需要的二元羧酸。对共混物进行了相容性测试、DSC、熔融指数(MI)、SEM、拉伸和冲击力学性能测试。结果表明:随着接枝率的增大,共混物的熔融峰温度略有降低,其熔体黏度不断增大,橡胶接枝物在PA6基体中有良好的分散性,使EPDM-g-MDMA/PA6共混物的冲击强度提高了5.5倍,说明EPDM-g-MDMA对PA6的增韧效果较为明显。     

聚氨酯表面接枝丙烯酸甲酯改性研究

对聚氨酯(PU)的表面进行除油、除污等预处理,然后表面经甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)活化,在表层形成未反应的自由异氰酸酯基团(NCO).再通过2-溴乙醇与表面自由的异氰酸酯基团反应,在表层形成溴原子端基.该原子在催化剂氯化亚铜(CuCl)和配体2,2-联二吡啶(Bpy)的存在下,将丙烯酸甲酯通过原子转移自由基聚合(ATRP)接枝到PU表面.动力学研究揭示,丙烯酸甲酯的接枝率与反应时间成线性关系:表明表面链增长反应为可控活性聚合.使用衰减全反射傅立叶红外光谱(ATR-FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)表征分析每一步处理后的PU膜片.     

改性碳纤维增强尼龙6复合材料的制备及性能

通过硝酸酸化处理及尼龙溶液浸渍上浆处理对碳纤维(CF)进行表面改性,制备高强度、高模量,同时具有低熔指和优异加工性能的CF增强尼龙6(PA6)复合材料。采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和熔融指数仪等方法,对复合材料的微观结构、力学性能和结晶行为进行测试和表征。结果表明,经过PA6溶液浸渍上浆处理后的CF表面形成了一层PA6薄膜覆盖层,大大增强了CF与PA6基体的结合力,改善了CF的分散性,提升了复合材料整体的强度与模量,改性CF加入量为8%(质量分数)时复合材料拉伸强度提升80.8%,弹性模量提升513.9%。进一步对复合材料结晶行为的分析表明,改性CF的加入能够促进PA6由γ晶型向更稳定的α晶型转变,提高其结晶温度及结晶速率,使复合材料的结晶更加均匀、完善,从而提高体系黏度,降低复合材料熔融指数,显著提升了复合材料的加工性能。     

高含量炭纤维对尼龙6多重熔融行为的影响

利用差示扫描量热仪(DSC)研究了高含量炭纤维(CF)对尼龙6(PA6)多重熔融行为的影响．在较低温度等温结晶时，纯PA6呈现四重熔融峰，而CF／PA6(CFO)复合材料则呈现三重熔融峰，高含量炭纤雏的引入有利于PA6等温结晶形成稳定的α晶型，而不形成不稳定的r^*晶型。在较高温度等温结晶时，尼龙晶体生长主要由自身决定，以r晶型为主，CF表面诱导作用的影响减弱；两样品都呈现近似相同的熔融双峰。高含量CF加入使得尼龙的相对结晶度略有增大。     

尼龙6/马来酸酐-苯乙烯多单体接枝聚丙烯反应共混物

用双螺杆挤出机制备了聚丙烯(PP)与尼龙6(PA6)的共混物．先用多组分熔融接枝的方法将马来酸杆（MAH）和苯乙烯（St）共同接枝于聚丙烯（PP）上，制得多单体接枝聚丙烯PP-g-(MAH-St），该接枝物具有较高的MAH接枝率。利用MFR、SEM、TEM和力学性能测试等分析方法，研究了多组分熔融接枝聚丙烯PP-g-(MAH-St)对PA6/PP共混物的形态结构和力学性能等的影响。结果表明，PP-g-(MAH-St)中的酸酐基团与PA6末端的氨基发生化学反应，原位形成的PP-PA6共聚物能有效地改善PA6与PP的相容性，可以使PP均匀地分散在PA6基体中，相区尺寸明显减小，可至0.1μm，并使共混物的力学性能得到均衡的提高，冲击韧性的提高尤其显著，达到了橡胶改性所难以达到的效果。     

PP/PMMA接枝剑麻纤维复合材料(Ⅰ)剑麻纤维/MMA接枝聚合反应

用硝酸铈铵作引发剂,将甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝到剑麻纤维(SF)的表面。研究了接枝聚合反应的规律．并考察了接枝聚合对SF热稳定性的影响。结果表明．当反应时间达4h后。单体转化率趋于恒定;MMA与SF质量比在0．85左右。接枝率处于最大值;当引发荆浓度为8mmol／L时,接枝率和接枝效率都比较理想。SF表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)导致了SF的原纤化,提高了其抗湿性和热稳定性。     

碳纤维增强尼龙6复合材料的阴离子聚合反应注射成型工艺

以己内酰胺为原料,自制己内酰胺钠(C10)、双酰化内酰胺-1,6-己二胺(C20)分别为引发剂和活化剂,首先对适用于反应注射成型技术(RIM)的尼龙6(PA6)阴离子聚合工艺进行探究。实验结果表明,提高引发剂浓度可提升聚合反应速率,转化率受影响并不明显,但分子量有所降低;而提高活化剂浓度,会导致聚合反应不完全;随着聚合温度的升高,反应速率明显加快,同时分子量增大,结晶度呈下降趋势。最终选取1.5 mol%的C10、1 mol%的C20,浸胶温度100℃、聚合温度180℃的工艺参数,利用自行研制的反应注射设备成功制备了单向碳纤维增强尼龙6 (CF/PA6)复合材料单向板,其沿纤维方向的拉伸强度可达974.2 MPa,弯曲强度达786.9 MPa。      

炭纤维表面接枝碳纳米管对复合材料界面性能的影响

采用聚酰胺-胺(PAMAM)树状分子化学修饰方法制备碳纳米管接枝炭纤维(CF-PAMAM-CNTs)新型增强体。利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对接枝前后CF表面官能团和表面形貌进行表征;利用接触角测量、单丝拉伸方法研究了接枝前后纤维单丝的润湿性能及拉伸强度,并通过微脱黏法分析了其复合材料的界面剪切强度,同时探索了CNTs的最佳接枝量。结果表明,当CNTs接枝量为15%时,CF表面粗糙度提高了180%,表面能提高了300%,拉伸强度提高了22%,复合材料的界面剪切强度提高了178%,这表明CNTs接枝有利于改善CF复合材料的界面性能。     

在聚砜微滤膜表面接枝聚合叔胺单体DMAEMA及接枝膜对水介质中毒性阴离子的吸附与分离特性

采用相转化法制得了氯甲基化聚砜(CMPSF)微孔滤膜,以乙二胺为试剂对CMPSF膜进行化学改性,膜表面的伯胺基与水溶液中的过硫酸铵构成表面引发体系-NH_2/S_2O_8~(2-),使叔胺单体甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯(DMAEMA)发生接枝聚合,获得了多孔接枝膜PSF-g-PDMAEMA。考察了接枝聚合的规律,对接枝膜进行了充分表征,考察研究了接枝膜对2种毒性阴离子CrO_4~(2-)及MoO_4~(2-)离子的吸附性能和膜分离去除行为。研究结果表明,控制水溶液中过硫酸铵的质量分数为1%,温度为50℃,可制得PDMAEMA接枝度为0.64 mg/cm~2的接枝膜。在酸性及中性水溶液中,凭借强烈的静电相互作用,多孔接枝膜PSF-g-PDMAEMA对毒性阴离子CrO_4~(2-)离子及MoO_4~(2-)离子均会产生强吸附作用;以该多孔接枝膜为滤膜进行膜分离过程,通过选择性吸附,可有效地去除水介质中的CrO_4~(2-)离子。     

原位聚合法制备连续玻璃纤维增强尼龙6复合材料的改性和性能

尼龙6(PA6)树脂具有优异的性能,其连续纤维复合材料在汽车、航空航天领域具有广泛应用。但是PA6树脂熔融后黏度较高,不易对连续纤维充分浸渍,并且连续纤维与PA6的复合材料界面黏附性较差,限制了其复合材料的性能和应用。针对这些问题,文中对连续玻璃纤维增强尼龙6(CGF/PA6)复合材料开展了研究。首先,采用阴离子开环聚合制备PA6,确定了其最佳制备工艺;其次,用硅烷偶联剂KH550(AP)对连续玻璃纤维（CGF）进行改性,并对其进行了红外光谱表征;最后,通过原位聚合法制备了CGF/PA6复合材料,研究了AP改性对CGF/PA6复合材料力学性能的影响,并对CGF/PA6复合材料的拉伸断口进行了扫描电镜分析。结果表明,AP被键合到了CGF表面,AP改性可以增强CGF/PA6复合材料的界面黏附性,从而使CGF/PA6复合材料的拉伸强度得到改善,当AP用量为2%时,CGF/PA6复合材料的拉伸强度高达88.52 MPa,此时,复合材料的断裂伸长率最低,为4.90%。CGF/PA6复合材料的冲击强度变化不大,均在50 k J/m2左右,说明复合材料的韧性受CGF表面改性影响较小。