三种纤维改性超高分子量聚乙烯复合材料的力学性能

以未处理和偶联剂KH550处理的C纤维、SiC纤维和Al2O3纤维为填充材料,以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基体,用模压成型法制备了三种纤维改性UHMWPE复合材料,对复合材料的硬度、弯曲强度、拉伸强度和断裂伸长率进行了实验研究,用光学显微镜观察分析了拉伸断面形貌。结果表明,未处理的C纤维、SiC纤维和Al2O3纤维改性UHMWPE复合材料硬度较纯UHMWPE分别提高了11.76%、21%和6%。经KH550处理的三种纤维改性UHMWPE复合材料弯曲强度和拉伸强度均优于未处理纤维的复合材料,已处理的SiC纤维/UHMWPE复合材料弯曲强度和拉伸强度提高较大。KH550处理的三种纤维与UHMWPE基体界面粘接紧密,未处理纤维与UHMWPE基体粘接较差。     

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。     

炭纤维/聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能

分别采用热空气氧化后经钛酸酯偶联剂处理炭纤维(CF)和氩等离子体处理聚四氟乙烯(PTFE)分散液包覆炭纤维制备CF/PTFE复合材料,研究这两种CF表面改性方法对复合材料拉伸性能及摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电子显微镜对试样拉伸断面与磨损表面进行观察和分析。结果表明,热空气氧化后经偶联剂处理炭纤维可使CF/PTFE复合材料的拉伸强度与断裂伸长率分别提高33%和82%、磨损率下降44%,氩等离子体处理PTFE分散液包覆炭纤维可使复合材料的拉伸强度与断裂伸长率分别提高49%和100%、磨损率下降56%。     

蔗渣纤维表面处理方法对蔗渣纤维/聚乳酸复合材料力学性能的影响

采用了硅烷偶联剂结合碱溶液处理的方法对蔗渣纤维(BF)进行了表面改性, 研究了不同表面处理方法对蔗渣纤维/聚乳酸(PLA)复合材料力学性能的影响, 用SEM对BF处理前后的形貌及复合材料的冲击断面进行了观察。结果表明: 经表面改性的BF都不同程度地改善了BF与PLA基体之间的界面相容性, 其中碱处理后再经偶联剂处理的方法效果最佳, 在40%(质量分数)蔗渣纤维的高填充量下, 复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为纯PLA的85.42%和59.74%, 较好地保持了基体PLA的力学强度; 碱处理使BF表面变粗糙、 长径比增大、 比表面积增加, 与PLA的界面粘结加强, 从而有效地提高了BF/PLA复合材料的力学性能。     

含端炔硅烷偶联剂处理石英纤维对透波用QF/PSA复合材料界面影响

运用一种结构中含有端炔的硅烷偶联剂(AG-2),提高透波用石英纤维(QF)/含硅芳炔树脂(PSA)复合材料的界面粘接,运用TGA、XPS、SEM、AFM、表面能分析等表征了偶联剂与纤维、树脂的相互作用。凝胶时间和TGA分析表明AG-2加入对PSA的高温性能影响不大;TGA、XPS、表面能匹配分析等推断AG-2的作用机理为偶联剂分别与纤维表面、树脂基体发生化学偶联,同时增大了QF的表面能,改善了与PSA的表面张力匹配;偶联剂处理后QF/PSA复合材料界面粘结强度增加,复合材料的力学性能提高,层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度分别较未处理前提高了34.77%和38.30%。     

氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂复合材料性能

为了改善玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性,并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性,同时制备了氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料.采用FTIR表征了氧化石墨烯的改性效果;运用SEM分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制.结果表明:偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面;玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后,表面粗糙度及活性官能团含量增加,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强,界面黏结强度得到改善,玄武岩纤维的断裂强力提高了30.8%,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.6%.     

PyC层对SiC纤维束及MiniSiC/SiC复合材料拉伸性能和强度分布的影响

采用等温等压化学气相浸渗法(ICVI),对原始的SiC纤维束和沉积有PyC层的SiC纤维束浸渗SiC基体,制备了纤维束复合材料SiC/SiC(Mini SiC/SiC)。分析了SiC纤维束和Mini SiC/SiC复合材料的拉伸性能,同时利用两参数Weibull分布研究了强度分布。结果表明,PyC层具有修复纤维表面缺陷的作用,SiC纤维束沉积PyC层后,纤维表面光滑而致密,表面缺陷减少,其拉伸强度、延伸率和Weibull模数分别比原始SiC纤维束提高了25%、12%和288%;且由其增强复合材料的拉伸强度、延伸率和Weibull模数分别比由原始SiC纤维束增强复合材料提高了103%、83%和340%。PyC界面层对SiC纤维表面缺陷的修复作用和对SiC纤维的保护作用以及降低复合材料裂纹敏感性的作用提高了Mini SiC/SiC复合材料的拉伸性能和Weibull模数。     

改性大麻纤维/不饱和聚酯复合材料的力学性能及界面表征

采用模压成型方法制备大麻纤维/不饱和聚酯复合材料,用六亚甲基二异氰酸酯(DIH)与丙烯酸羟乙酯(HEA)对纤维进行表面处理。结果表明,纤维改性后复合材料的拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量均有显著提高;当DIH-HEA用量为纤维干质量的3%时,复合材料的总体力学性能最佳。复合材料拉伸断面扫描电镜(SEM)显示,纤维表面处理改善了纤维与树脂间的界面结合。改性纤维的红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)分析表明,DIH-HEA混合物与纤维表面羟基产生共价键结合。     

苎麻针刺无纺布增强聚丙烯复合材料界面改性的研究

研究了NaOH改性处理对苎麻无纺布/PP复合材料性能的影响,分析在不同NaOH浓度和浸渍时间条件下复合材料性能的影响。对比了复合材料横、纵向拉伸强度的大小,通过SEM观察改性前后复合材料拉伸断面的变化。结果表明:NaOH改变了苎麻纤维的表面形态和结构,提高了纤维和树脂的粘结力和界面相容性。当NaOH浓度为8%时复合材料的拉伸强度达到最大,此浓度的最佳浸渍时间为30min;受到无纺布生产工艺的影响,苎麻纤维沿无纺布纵向分布较多,使得复合材料的纵向拉伸强度要高于横向;通过SEM观察可知,NaOH改性后的复合材料断面比较平整,界面相容性得到改善。     

剑麻纤维处理方法对SF/PF共混复合材料动态力学性能的影响

分别采用碱、硅烷偶联剂(A-1120)及阻燃剂(硼砂-HCHO-NaHSO3)对剑麻纤维进行表面处理,通过模压成型工艺制备了剑麻纤维/酚醛树脂(SF/PF)共混复合材料。采用动态力学性能测试(DMA)研究了SF表面处理方法对SF/PF共混复合材料动态力学性能、蠕变及应力松弛性能的影响,采用扫描电镜(SEM)观察了SF/PF共混复合材料冲击断面的形态。结果表明,SF经偶联剂处理后,SF/PF共混复合材料的储能模量达到6310MPa,玻璃化转变温度(Tg)达到216℃,其储能模量和Tg分别比未处理复合材料提高2倍和15℃;SF经阻燃剂处理后,SF/PF共混复合材料的蠕变和应力松弛性能得到提高,SEM观察表明,SF表面处理对提高材料的界面粘接性具有一定的作用。     

碱式硫酸镁晶须/橡胶复合材料的制备

将超声分散后的硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷改性碱式硫酸镁晶须（KH550-MgOS_W）分散液加入天然胶乳（NR）中,对其进行补强,制得绿色环保高性能的KH550-MgOS_W/NR复合材料。系统研究了KH550-MgOS_W/NR复合材料的力学性能、阻燃性能及热稳定性能。结果表明,用KH550改性后的MgOS_W与橡胶基体具有很好的相容性。KH550-MgOS_W/NR复合材料的力学性能、阻燃性能及热稳定性能均比纯胶有所提高。当KH550-MgOS_W与NR质量比为4%时,KH550-MgOS_W/NR复合材料的各项性能均达到最佳,300%定伸应力、拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率、交联密度比纯胶胶膜分别提高了25.0%、36.8%、37.3%、11.4%、44.2%,垂直燃烧等级由FV-1提高到了FV-0级,比纯胶的起始热降解温度（T₀）、最大热降解温度（T_p）和终止热降解温度（T_f）分别提高了6.2℃、5.2℃和4.1℃。     

Cellulosic fibers from rice straw and bamboo used as reinforcement of cement-based composites for remarkably improving mechanical properties

The cement-based composites reinforced with cellulosic fibers isolated from rice straw were fabricated by a slurry vacuum de-watering technique. The physical structures and mechanical properties of the composites with fiber contents ranging from 2% to 16% by weight (wt.%) were investigated. Moreover, the composites reinforced with bamboo cellulosic fibers and the control cement paste, sample without cellulosic fibers, were also fabricated as reference materials. As a result, the cement-based composites reinforced by cellulosic fibers showed a remarkable improvement in the mechanical properties. The measurements of the flexural strength and the fracture toughness of the optimal sample were found to be increased by 24.3% and 45 times, respectively. The bulk density of the composites was decreased by 12.4–37.3% as a result of the introduction of cellulosic fibers. Additionally, the field emission scanning electron microscope (FSEM) observations and energy dispersive spectroscopy (EDS) analyses revealed that the hydration products of Portland cement migrated to the fiber lumens, resulting in mineralizing the cellulosic fibers and decreasing the fracture toughness of the composites.     

POE-g-MA对纳米CaCO_3/聚乳酸复合材料热及流变性能影响

以纳米碳酸钙(Nano-CaCO_3)和聚乳酸(PLA)为原料,马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MA)为增容剂,利用熔融挤出热拉-骤冷工艺制备了一系列Nano-CaCO_3/PLA复合材料。分别采用SEM、DSC、TG、毛细管流变仪(CR)和万能实验机研究了Nano-CaCO_3/PLA复合材料的界面相容性、热性能、流变性能与力学性能。结果表明:与纯PLA相比,当Nano-CaCO_3含量达到15wt%,Nano-CaCO_3/PLA复合材料团聚现象明显,其结晶度、最大热分解温度与拉伸强度分别下降1.9%、15.5℃与28.2%,弯曲强度和断裂伸长率分别提高37.5%和29.3%,而相应添加4wt%POE-g-MA增容剂的Nano-CaCO_3/PLA复合材料分散形态得到改善,其结晶度和拉伸强度分别下降4.2%和25.2%;最大热分解温度、弯曲强度和断裂伸长率分别提高5.8℃、25.3%和174.4%;同时POE-g-MA增加了Nano-CaCO_3/PLA复合材料的剪切黏度。     

剑麻纤维/纳米酚醛树脂复合材料的动态力学性能和热性能

分别采用碱、硅烷偶联剂(KH-550)对剑麻纤维(SF)进行表面处理,选用无机纳米SiO2改性的酚醛树脂(PF)作为基体树脂,通过模压成型工艺制备剑麻纤维/纳米酚醛树脂复合材料。分别采用动态力学分析(DMA)、热重分析(TG)研究纳米SiO2的加入及剑麻纤维处理方式对SF/PF复合材料动态力学、蠕变、应力松弛性和热性能的影响。结果表明,与未添加纳米SiO2的SF/PF复合材料相比,SF/纳米PF复合材料的储能模量达到4783MPa,提高了46.8%;与未改性SF/纳米PF复合材料相比,经过碱处理的SF/纳米PF复合材料玻璃化转变温度(Tg)达到261℃,提高了14℃;热失重研究结果表明,纳米SiO2的加入及剑麻纤维改性均能显著提高SF/PF复合材料的热分解温度。     

UP/GF/LCPU原位混杂复合材料的热性能和动态力学性能

利用自行合成的端基含有活性基团的热致性液晶聚合物(LCPU)对不饱和聚酯(UP)/玻璃纤维(GF)复合材料改性。用DSC、TGA、热膨胀仪、DMA测试了共混物的热性能和动态力学性能并研究其结构与性能的关系,用扫描电镜(SEM)对材料断面的形态结构进行了研究。结果表明:当LCPU含量为2.5%~5%,材料的综合热性能较好,材料的玻璃化转变温度、热失重温度、维卡软化点温度都有所提高,热膨胀性能得到改善。SEM观察表明,LCPU的加入对提高材料的断裂能具有一定的作用。     

Microstructure, thermal behavior and mechanical properties of squeeze cast SiC, ZrO2 or C reinforced ZA27 composites

ZA27 alloy based composites were synthesized by stirring method, followed by squeeze casting. Stir casting was employed successfully to incorporate 5 vol.% of various reinforcement particulates, namely, SiC, ZrO₂ or C. The porosity in the composites was decreased by squeeze pressure. The presence of particles and/or application of squeeze pressure during solidification resulted in considerable refinement in the structure of the composites. The microstructures, X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray analysis (EDXA) results indicated that no significant reactions occurred at the interface between the SiC or C particles and ZA27 alloy. However, in case of ZrO₂ reinforced ZA27, the ZrO₂ reacted with Cu present in the molten ZA27 alloy, forming Cu₅Zr. Thermal analysis showed that both α and β nucleation and growth temperatures of the composites were lower than those of the ZA27 alloy. The presence of particles in the as-cast or squeezed composites led to not only an accelerated age hardening response, but also an increase in the peak hardness of the composites. The values of coefficient of thermal expansion (CTE) of the composites were drastically lower as compared to those of the ZA27 alloy. The tensile properties of the composites decreased as a result of the addition of the particles. Scanning electron microscope (SEM) pictures of the composites indicated that cracks mainly initiated at particle-matrix interface, propagated through the matrix and linked up with other cracks leading to failure of the composites.     

环氧树脂复合材料的制备及力学性能

通过配方设计,以硅烷偶联剂改性的空心玻璃微珠(HGB)为填料,端羧基液体丁腈橡胶(CTBN)为增稠剂和增韧剂,环氧树脂(EP)为基体,经变温分段固化技术制备环氧树脂/端羧基丁腈橡胶/空心玻璃微珠(EP/CTBN/HGB)三元泡沫复合材料并研究其力学和流变性能。结果表明,CTBN使得复合材料由脆性断裂变为韧性断裂;CTBN劣化了复合材料模量而HGB弥补了复合材料模量;当CTBN、HGB含量分别为12%(质量分数)和30%(体积分数)时,三元复合材料的冲击、弯曲、拉伸强度及弯曲模量均优于纯EP。另外,纯环氧树脂和EP/CTBN共混物的黏度呈现出牛顿流体的流变行为,而三元共混物的黏度表现出明显的剪切变稀现象。     

Properties enhancement using oil palm shell nanoparticles of fibers reinforced polyester hybrid composites

Oil palm shell (OPS) nanoparticles were utilized as filler in fibers reinforced polyester hybrid composites. The OPS nanoparticles were successfully produced from the raw OPS using high-energy ball milling process. Fundamental properties including morphology, crystalline size, and particle size of the OPS nanoparticles were determined. Tri-layer natural fiber reinforcement (kenaf–coconut–kenaf fiber mat) polyester hybrid composites were prepared by hand lay-up techniques. The influences of the OPS nanoparticles loading in the natural fibers reinforced polyester hybrid composites were determined by analyzing physical, mechanical, morphological, and thermal properties of the composites. Results showed that the incorporation of the OPS nanoparticles into the hybrid composites enhanced the composite properties. Further, the natural fibers reinforced polyester hybrid composite had the highest physical, mechanical, morphological, and thermal characteristics at 3 wt.% OPS nanoparticles loading.     

液浸聚光太阳电池散热光稳定剂/二甲基硅油共混物复合材料的性能

采用在二甲基硅油内添加2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮(UV-9)和受阻胺类光稳定剂GW-783的方法制备了光稳定剂/二甲基硅油共混物复合材料,研究了其用作聚光太阳电池散热介质的性能。通过加速寿命试验的方法,考察了复合材料的耐候性、黏度和光谱透过性,确定了工作过程中光稳定剂在复合材料中的质量分数范围,检测和分析了聚光太阳电池试验前后的性能。试验证明光稳定剂/二甲基硅油共混物复合材料能够有效抑制老化作用的影响,且聚光太阳电池与复合材料之间不会影响彼此的特性,这保证了聚光光伏(CPV)系统长期运行下电力输出的稳定,其中UV-9-GW-783/二甲基硅油复合材料的性能最佳。     

碳化氧化石墨烯/壳聚糖超级电容器电极复合材料的制备及表征

采用Ar氛烧结碳化法在600℃、700℃、800℃及900℃下制备了基于氧化石墨烯（GO）/壳聚糖复合材料的超级电容器电极材料。通过XRD、SEM、FTIR及循环伏安等电化学手段,系统评价了碳化的GO/壳聚糖复合材料作为超级电容器电极材料的可能性。通过与文献报道的纯壳聚糖碳化材料的相关性能进行比较,结果表明：碳化GO/壳聚糖复合材料力学性能较纯壳聚糖碳化材料提高约67%,而且具有良好的电容器材料的性质。800℃碳化GO/壳聚糖复合材料样品的比电容达131 F/g,1 500次充放电后比电容保持率达97%。