玻璃纤维增强高密度聚乙烯基体结晶形态研究

本文采用偏光显微、小角光散射、WAXD、DSC和动态力学分析等方法考察了玻纤含量、界面粘结性及试样成型冷却速率对玻纤增强HDPE基体结晶的影响。结果表明,复合材料成型冷却过程中,由于玻纤、树脂间热收缩性质的不同而引起的界面应力可对玻纤周围基体树脂的结晶产生应变诱导作用,促使玻纤表面串晶或微纤晶晶体的形成。     

填充HDPE复合材料基体结晶形态的控制因素

本文以HDPE/玻璃微珠和HDPE/CaCO₃体系为研究模型,通过扫描电镜、红外光谱、偏光显微、小角激光散射和材料力学性能实验等方法考察了这两种体系的界面粘结性、填料含量、粒径及试样成型冷却速率等与其材料性能及基体结晶形态变化间的关系。实验结果表明;在复合材料试样成型过程中,因基体树脂冷却收缩而产生的界面应力可干扰基体中球晶的生长环境,应变诱导填料颗粒周围基体树脂的结晶,促使其表面伸展链晶体结构的形成,并由此而明显改变了复合材料的耐热性;复合材料的界面粘结性是产生这种应变诱导作用,并控制异相结晶的关键。     

界面应力对HDPE/CaCO3增韧体系基体结晶动力学影响的研究

采用了一种可表征体系冷却收缩应力对聚合物结晶影响的动力学,方法研究了不同冷却速率条件下HDPE／CaCO2增韧体系的基体结晶动力学行为及其与材料界面相粘结性及CaCO3含量之间的关系。结果表明,在材料缺口冲击强度较高的界面相粘结及组成条件下,体系熔体冷却收缩过程中所引起的界面应力的应变诱导结晶作用引起了基体晶体生长指数n1、生长速率常数k1及其k1随冷却速率a的变化率Δk1Δa的显著增大;材料基体结晶动力学参数的影响因素及其变化规律与其材料缺口冲击强度的影响因素及其变化规律之间存在着良好的一致性。     

界面应力对HDPE/CaCO3增韧体系基体结晶动力学影响的研究

采用了一种可表征体系冷却收缩应力对聚合物结晶影响的动力学方法,研究了不同冷却速率条件下HDPE/CaCO3增韧体系的基体结晶动力学行为及其与材料界面相粘结性及CaCO3含量之间的关系.结果表明,在材料缺口冲击强度较高的界面相粘结及组成条件下,体系熔体冷却收缩过程中所引起的界面应力的应变诱导结晶作用引起了基体晶体生长指数n1、生长速率常数k1及其k1随冷却速率a的变化率△k,/△a的显著增大;材料基体结晶动力学参数的影响因素及其变化规律与其材料缺口冲击强度的影响因素及其变化规律之间存在着良好的一致性.     

刚性填料粒子增韧HDPE及其增韧机理

在总结以往研究工作的基础上，侧重研究了HDPE基复合材料界面应力的诱导结晶效应及其与材料性能间关系，重点讨论了CaCO3／HDPE填充体系的界面粘合性，以及CaCO3粒径、粒径分布、含量及其试样熔体冷却速率等与其基体的诱导结晶效应及材料韧性间关系，并由此结合介绍了相应的韧性机理、增韧模型及其相关的基体结晶动力学验证结果。     

微波辐照对HDPE在Al/HDPE/Al界面层结晶结构影响的研究

采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR－FTIR）和薄膜X射线衍射（TF－XRD）方法，研究了微波辐照对聚乙烯（HDPE）在Al/HDPE/Al界面层结晶结构的影响，结果表明，微波辐照可实现HDPE界面层晶区部分的正交晶形向六方晶形转变，增大正交晶昌形晶粒尺寸和无序程序，随界面层深度增加，微波对HDPE晶形结构的影响逐渐减弱。     

SiO_2-MWNTs/聚乳酸复合材料的冷结晶动力学及球晶形态

为研究多壁碳纳米管(MWNTs)对聚乳酸(PLA)冷结晶动力学和球晶形态的影响,分别以PLA和表面包覆纳米SiO2并接枝硅烷偶联剂的纳米SiO2改性MWNTs(SiO2-MWNTs)为基体和改性剂,经溶液共混法制备了SiO2-MWNTs/PLA复合材料。采用DSC、偏光显微镜、Jeziorny模型和Johnson-Mehl-Avrami模型研究了复合材料的非等温冷结晶动力学和球晶形态。结果表明:SiO2-MWNTs可作为异相成核剂,能有效降低SiO2-MWNTs/PLA复合材料的冷结晶温度,提高晶核生成速率和晶体生长活化能。SiO2-MWNTs/PLA复合材料的冷结晶过程主要由成核作用控制,加入SiO2-MWNTs可同时提高复合材料的结晶速率和结晶度。冷结晶时,PLA球晶尺寸小于熔体冷却结晶时的,且SiO2-MWNTs含量对冷结晶球晶尺寸的影响远小于其对熔体冷却结晶球晶尺寸的。所得结论对优化PLA的结晶结构和性能、制备高性能PLA复合材料具有指导意义。     

中空纤维膜促进成核的冷却结晶过程

利用中空纤维膜组件的高单位体积换热面积和优异的传热能力,实现膜界面骤冷促进成核,并利用膜界面流场的综合作用力,完成溶液冷却结晶的自动成核和晶种添加功能.以硫脲水溶液作为研究体系,研究PTFE中空纤维膜促进冷却结晶过程.结果表明,利用膜诱导晶核产生的时间为195 s,无膜参与的自发成核冷却结晶诱导时间为280 s.同时,在相同的温度、原料浓度以及搅拌速度下,由于利用膜促进成核的冷却结晶能够有效调控晶种产生的速率和数量并实现自动输送,制备的晶体产品形貌完整、纯度高(99.5%)、平均粒径大(1.35 mm,相比于其他无膜技术提高30%以上)且粒径分布集中.     

玻璃纤维增强PP性能、界面及基体晶态研究

本文通过扫描电镜、红外光谱、偏光显微、DSC分析和材料力学性能试验等方法考察了PP/玻纤的界面粘结性与其材料性能及基体结晶的关系.结果表明:在材料复合过程中加入的界面反应性试剂及其与PP接枝而形成的接枝物可与玻纤表面及其硅烷发生化学作用,促使玻纤表面树脂包覆层的形成,从而显着提高复合材料的界面粘结强度及其力学性能;复合材料试样成型过程中,因树脂冷却收缩而产生的界面应力可应变诱导玻纤周围基体树脂的结晶,促使其结晶形态和结晶度产生显着变化;而复合材料的界面粘结强度则是产生应变诱导作用和控制异相结晶的关键.     

聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料的冷结晶及熔融行为

采用熔融插层法制备了插层型的聚乳酸/蒙脱土纳米复合材料(PLA/MMTs)。利用差示扫描量热仪(DSC)和X射线衍射(XRD)对该纳米复合材料的结晶及熔融行为进行了研究。结果表明,PLA/MMTs复合体系不能从熔体冷却结晶,但可在较慢的升温过程中固态下冷结晶;蒙脱土不会改变PLA基体结晶的α晶型,但具有异相成核作用,促进了PLA基体的冷结晶在更低的温度下进行;复合体系在较慢升温速率下的双重熔融现象源于原始晶粒熔融重结晶行为。     

偶联改性纳米HAP/HDPE挤出复合生物材料的力学性能和微观结构

通过化学共沉淀-水热合成法制备纳米级羟基磷灰石(HAP),再用自制模具制备出偶联剂改性纳米HAP/高密度聚乙烯(HDPE)挤出复合材料.通过SEM观察以及力学性能测试,研究了偶联剂改性纳米HAP/HDPE复合材料的微观结构和力学性能.结果表明: 添加硅烷偶联剂后,HAP/HDPE复合材料的力学性能获得提高,偶联剂含量为2%(质量分数)时拉伸强度最高.而当HAP含量为20%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度和抗弯强度最高.添加了偶联剂,HAP微粒表面与HDPE有较好的亲和性,断裂过程中应力诱发的塑性变形增加,裸露的HAP颗粒明显减少.通过口模挤出可以使得聚乙烯分子链在应力作用下伸直取向,大量平行于长轴且紧密排列的微纤维形成.     

HA/HDPE 多尺度生物复合材料微观强韧化机制

通过电镜分析及理论推导对羟基磷灰石( Hydroxyapatite, HA) /高密度聚乙烯( High density polyethylene, HDPE) 复合材料界面粘结状态、HA 颗粒对裂纹扩展的钝化、钉扎作用、复合纤维对体系分子热激活能的影响及复合纤维的能量吸收机制与增强增韧等进行了深入研究。结果表明: HA/HDPE 复合材料通过纳米HA 颗粒与 HA/HDPE 复合纤维在不同尺度上协同作用达到增强增韧的效果。即在纳米尺度, 纳米HA 颗粒的均匀分散和高的HA/HDPE 界面结合强度显著提高了HDPE 的结晶度, 细化了HDPE 晶粒尺寸, 并在HA 颗粒表面形成取向结晶层, 从而使材料在断裂过程中通过HDPE 取向结晶层的基体形变和HA 脱粘过程对微裂纹起钝化和钉扎作用, 并扩大能量耗散的区域, 以阻滞微孔隙和银纹的长大和破断, 抑制大裂纹的早期形成。在微米尺度, 由于HA/HDPE 复合纤维的定向排列, 使体系的活化体积显著降低, 大大增加了材料的断裂热激活能, 从而显著提高材料的强度。另一方面, 复合纤维在应力作用过程中通过纤维断裂、纤维拔出、裂纹偏转机制使材料在形变与破坏过程中耗散更多的能量, 从而显著提高材料的强度和韧性。      

高岭土增强增韧聚乙烯的研究

采用硅烷类偶联剂 (KH5 70 )和大分子偶联剂来改善高岭土 HDPE的界面粘结 ,以达到增强增韧HDPE的作用。研究结果表明 ,用KH5 70改性的高岭土粒子 (<5 % ,w)填充HDPE ,可起到一定的增韧增强作用 ,其中KH5 70的最佳含量为 2 % (w)。用大分子偶联剂改性的高岭土粒子 (2 0 % ,w)填充HDPE ,可以获得比KH5 70更好的增韧增强效果 ,其中大分子偶联剂的最佳含量为 1 % (w)     

改性石墨烯的制备及对石墨烯/HDPE非等温结晶动力学的影响

为了研究改性石墨烯(MGN)对高密度聚乙烯(HDPE)结晶行为的影响, 采用化学氧化还原法制备出石墨烯(GN)和MGN, 并用熔融共混法制备出GN/HDPE和MGN/HDPE 复合材料。采用红外光谱仪和差示扫描量热仪对GN和MGN的结构及复合材料的结晶行为做了测试, 并用莫氏方程对复合材料进行了非等温结晶动力学研究。红外光谱结果表明硬脂酸分子已成功接枝在GN上; 差示扫描热分析结果表明MGN对HDPE结晶行为的抑制程度比GN更明显。      

CaCO3刚性粒子增韧HDPE的脆韧转变研究

研究了ＨＤＰＥ／ＣａＣＯ３增充体系中ＣａＣＯ３表面处理，粒径，含量及其体树脂分子量，结晶性与其材料缺口冲击强度，产生脆韧转变现象及其体晶态结构间的关系。结果表明，该共混体系中界面应力的应变诱导致结晶作用及其所引起的基体中伸展链晶体络结构的形态是该材料实现脆韧转变的重要原因。     

On promoting dispersion and intercalation of bentonite in high density polyethylene by grafting vinyl triethoxysilane

Vinyl triethoxysilane grafted high density polyethylene (HDPE-g-YDH151)/Bentonite (BT) composites were prepared via melt compounding and compared with HDPE/BT composites. FTIR proved that HDPE-g-YDH151 is chemically bonded to BT sheets. XRD, SEM and TEM results indicated that the introduction of YDH151 promoted the dispersion and intercalation of BT into HDPE. Consequently, HDPE-g-YDH151/BT composites show satisfied mechanical properties, e.g., the composite with 2phr BT has an elongation at break 29% higher and Young’s modulus 32% higher than that of HDPE-g-YDH151.Comparatively, BT aggregated in HDPE/BT composites and all the mechanical properties decreased. Because of high interfacial adhesion between HDPE-g-YDH151 matrix and exfoliated BT, which reduces the mobility of crystallizable PE chain segments, and subsequently reduces the crystallization ability. In comparison, the addition of BT to HDPE did not affect the crystallization behavior of the later.     

n-HA/PA66/HDPE复合生物材料的制备和性能研究

应用纳米羟基磷灰石(n-HA)、聚酰胺66(PA66)和高密度聚乙烯(HDPE)制备了生物医用复合材料。用化学分析法、燃烧实验、热分析、AFM、IR、XRD对复合材料的组成和结构进行了分析,并对复合材料的力学性能进行了研究。结果表明所制备的复合材料组成均一,具有高强柔韧的力学性能,纳米羟基磷灰石、聚酰胺66、高密度聚乙烯三者之间产生了一定的相互作用,形成了稳定的界面结合。因此,该三元复合材料可能成为一种新型的骨修复材料,在生物医学材料的开发和应用研究中具有重要意义。     

Effects of coatings on the mechanical properties of carbon fiber reinforced HAP composites

The HAP/carbon-fiber composite for bone re-construction was prepared and its mechanism of interfacial interaction between HAP and carbon fibers was investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and selected-area diffraction (SAD) in this paper. Results show that composite reinforced by carbon fibers with a layer of β-TCP coatings exhibits significantly better biomechanical properties, comparing these composites with non-coated fibers. It can be explained that the existence of β-TCP coatings, changing the surface properties of carbon fibers into hydrophilic, greatly enhance the interfacial bonding strength by adhering to the HAP matrix directly. On the other hand, the β-TCP coatings, as a mid-layer between HAP and carbon fibers, can reduce the gradient of thermal stress on its phase boundary with HAP matrix, which can eliminate the cracking problems during cooling of sintered. Consequently causing improvement of mechanical properties of composites.