热氧老化对长玻纤增强尼龙10T复合材料静动态力学性能的影响

通过熔融共混法制备出长玻纤增强尼龙10T（LGF/PA10T）复合材料,并且采用DSC、DMA、SEM和力学性能测试等方法研究了不同热氧老化时间对LGF/PA10T复合材料静、动态力学性能的影响,并对LGF/PA10T复合材料发生玻璃化转变时所需活化能进行了计算。结果表明:虽然在老化初期PA10T分子链之间会发生微交联,材料的刚性略有增加,但在整个老化过程中,分子链断裂、分子量下降起主导作用,在240℃下老化50 d后,LGF/PA10T复合材料的拉伸强度保持率、弯曲强度保持率、缺口冲击强度保持率分别为4.9%、6.3%、9.4%。随着老化时间的增长,玻纤与PA10T基体之间的界面粘接作用减弱,玻璃化转变温度和阻尼性能下降。活化能计算结果表明热氧老化能够改变PA10T分子链的活动能力,降低了LGF/PA10T复合材料的热稳定性。      

阻燃型玻纤增强尼龙10T复合材料的热氧老化行为及热降解动力学

研究了不同热氧老化温度(160℃、200℃和240℃)和时间(0~50d)对溴化环氧树脂/Sb2O3协效阻燃短玻纤增强尼龙10T复合材料(PA10T/GF/FR)的热氧老化行为以及热降解动力学的影响。采用力学性能测试、SEM、DMA和TGA分析对老化前后复合材料的动静态力学、微观形貌以及热降解行为进行研究,并使用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa两种方法计算了复合材料的热降解活化能。结果表明:老化过程中基体树脂降解分子量降低,纤维与基体界面性能恶化,复合材料力学性能下降;160℃老化过程部分PA10T分子链发生交联反应,储能模量和玻璃化转变温度(Tg)增加,200℃和240℃下Tg先上升后下降,老化后期树脂分子链以降解为主;活化能计算表明160℃老化50d后复合材料热稳定性提升,200℃老化50d以及240℃老化30d后,复合材料结构破坏严重,热降解行为变化显著。此外,阻燃剂的添加能够提升老化试样的热稳定性。     

LGF/PBT/RP复合材料的玻纤长度与阻燃性能的相关性研究

采用不同长度的长玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯/红磷(LGF/PBT/RP)阻燃复合材料,通过光学显微镜、燃烧性能测试、扫描电镜(SEM)、动态热机械分析(DMA)和力学性能测试等研究了玻纤长度与阻燃性的相关性。结果表明:随着玻纤长度增加,LGF/PBT/RP阻燃复合材料中玻纤的实际有效长度分布先向玻纤较长区域移动再向玻纤较短区域移动,玻纤在该基体中开始呈现均匀分散后逐渐出现团聚现象,且LGF/PBT/RP阻燃复合材料的垂直燃烧(UL-94)的燃烧时间、平均热释放速率(AvHRR)、总烟释放量(TSR)、总热释放量(THR)、平均有效燃烧热(Av-EHC)和火蔓延指数(FIGRA)呈先减小后增大的趋势,极限氧指数(LOI)则呈先增大后减小的趋势。这表明玻纤的实际有效长度增大,有助于提高LGF/PBT/RP阻燃复合材料的阻燃性能,即玻纤长度对LGF/PBT/RP阻燃复合材料的阻燃性有影响。     

短玻纤增强尼龙10T复合材料的热氧老化性能

通过熔融共混法制备短玻纤增强尼龙10T(SGF/PA10T)复合材料,采用DSC、DMA、红外光谱、力学测试等表征方法对240℃下SGF/PA10T的热氧老化性能进行研究。结果表明:热氧老化使SGF/PA10T的初始结晶温度有所增加,玻纤与PA10T基体之间的界面作用减弱,阻尼性能下降;随着热氧老化时间的延长,复合材料的玻璃化转变温度先增加后减小,通过Arrhenius方程对SGF/PA10T发生玻璃化转变时的活化能进行计算,结果进一步证明热氧老化影响分子链的活动能力,并且PA10T分子链在老化初期发生微交联;同时热氧老化显著降低SGF/PA10T的力学性能,当老化天数为50d时,拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度保持率分别为18.4%,9.8%和37.7%。     

热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料性能的影响

采用三点弯曲测试方法,研究热氧老化对碳纤维双马树脂基复合材料弯曲性能的影响,分析复合材料的失重行为以及不同老化时间下的弯曲性能、断口形貌、动态力学性能和红外谱图。结果表明:随着老化时间的增加,老化温度为100℃时的质量损失率逐渐趋于平稳,180℃时的质量损失率逐渐增加。老化温度为100℃时,只是物理老化,没有新物质的生成;而老化温度为180℃时,发生了化学老化,产生了热老化效应和氧化反应,引起了基体性能和界面性能的退化。热氧老化对复合材料弯曲强度的影响要大于对弯曲模量的影响。     

热氧老化对纬编双轴向多层衬纱织物增强复合材料力学性能的影响

通过改变预制体结构衬纱取向的方法制备了几种含不同剪切角的纬编双轴向多层衬纱(Multilayered biaxial weft knitted,MBWK)织物增强复合材料。基于Arrhenius模型和Ozawa法设计了热氧老化试验,采用力学性能测试、DSC、FTIR和DMA测试对老化前后的试样热-物理性能进行了表征。实验结果表明：预制体的纱线剪切角不同,其复合材料受热氧老化后力学性能的保留率也显著不同,由于乙烯基酯树脂在热氧老化环境中会发生后固化现象,因此复合材料的弯曲模量在老化过程中呈现先增加后下降的趋势,而拉伸性能则受到增强体结构的影响,纤维/基体界面的结合力退化使拉伸模量在老化过程中持续下降;随着老化时间的延长,树脂的固化度逐渐增加,玻璃化转变温度T_g逐渐升高,储能模量峰值在老化初期由于分子链交联上升,老化后期分子链断裂占据主导作用致使峰值逐渐下降。     

湿热老化对玻璃纤维/环氧树脂复合材料性能的影响

为研究玻璃纤维(GF)/环氧树脂复合材料湿热老化机制, 首先, 利用称重法、动态热机械分析仪(DMA)、SEM和矢量网络介电分析仪研究了湿热老化对GF/环氧树脂608(EP608)复合材料性能的影响;然后, 分析了复合材料的吸湿率、力学性能、介电性能与老化时间的关系, 并对其老化机制进行了探讨。结果表明:随老化时间延长, GF/EP608复合材料的力学性能和介电性能均有不同程度的下降;湿热老化对GF/EP608复合材料吸湿率的影响符合Fickian扩散定律;树脂基体的塑化、水解和基体-纤维界面的破坏是造成GF/EP608复合材料力学性能和介电性能下降的主要因素。所得结论可为GF增强环氧树脂基复合材料的应用提供科学依据。      

老化环境对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料性能的影响

不同老化环境(湿热、热水、热氧)对复合材料的性能有着重要的影响。文中分析了同一温度不同老化环境下T800碳纤维/环氧树脂基复合材料的吸湿(湿热、热水)和失重(热氧)特性,并对比了老化前后的表面形貌、物理化学特性、动态力学性能及层间剪切性能。结果表明,在相同温度下,热氧环境下的失重率要大于湿热和热水环境下的吸湿率;随着老化时间延长,热氧环境下材料表面形貌变化相比湿热和热水环境变化较大;在70℃不同老化环境下,热氧环境下材料的玻璃化转变温度变化值要大于湿热和热水环境下的玻璃化转变温度变化值,说明热氧对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料基体的后固化作用大于吸湿对树脂基体的塑化作用,但材料化学官能团没有明显变化。与未老化相比,试样的最大破坏载荷和剪切强度在湿热和热水环境下降低,在热氧环境下升高,但差值不大。研究对T800碳纤维/环氧树脂基复合材料结构件在更复杂环境下的使用和贮存具有重要的工程实际意义。     

纳米有机蒙脱土对尼龙6/N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐的结构及耐热性能影响EI北大核心CSCD

采用自制新型耐热改性剂N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐二元共聚物(NMA)与纳米有机蒙脱土(OMMT)对尼龙6(PA6)进行熔融共混制备了PA6/NMA/OMMT纳米复合材料,并通过透射电镜、X射线衍射、差示扫描量热、旋转流变仪、热变形及力学性能测试等分析研究了纳米OMMT用量对PA6/NMA/OMMT纳米复合材料的结构及耐热性能的影响。结果表明:纳米OMMT剥离分散在PA6基体中,诱导了PA6由α晶型向γ晶型转变;且OMMT对PA6/NMA/OMMT纳米复合材料的异相成核作用提高了体系结晶度。此外,对比于PA6/NMA复合材料,PA6/NMA/OMMT纳米复合材料的动态复合黏度、储存模量、损耗模量均增大;且PA6/NMA/OMMT纳米复合材料热变形温度及力学性能随着OMMT添加量的增加呈增大趋势。     

聚酰胺6对聚丙烯/膨胀阻燃体系阻燃性和力学性能的影响

以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)组成的膨胀阻燃剂(IFR)为主阻燃剂，有机蒙脱土(OMMT)为协效阻燃剂，马来酸酐接枝聚烯烃弹性体(POE-g-MAH)为增韧剂，以聚酰胺6(PA6)为聚合物成炭剂，采用熔融共混法制备了PP/PA6/POE-g-MAH/IFR/OMMT阻燃复合材料，并研究了PA6对PP阻燃复合材料阻燃性和力学性能的影响。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧、热重分析、扫描电子显微镜和力学性能测试等手段对PP阻燃复合材料进行了测试与表征。结果表明：成炭剂PA6的加入，可显著地提高PP阻燃复合材料的阻燃性能，当PA6含量为5%时，PP阻燃复合材料的LOI由原来不含PA6时的25.5%提高到了30.0%,垂直燃烧等级由原来的无等级提高到了UL-94 V-0级，且随着PA6含量的进一步增加，LOI在逐渐增大。但PA6的加入，会使PP阻燃复合材料的力学性能下降。     

新型含磷高温尼龙的阻燃和力学性能

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为原料,合成一种DOPO衍生化合物PN-DOPO,通过FTIR、1 H-NMR、31P-NMR和液质联用仪确定了该产物的分子结构。将PN-DOPO和二乙基次磷酸盐(OP1230)作为阻燃剂,制备阻燃玻纤增强高温尼龙GFPA6T复合材料,并通过垂直燃烧、锥形量热仪、TG、SEM及静动态力学进行表征分析。结果表明,PN-DOPO和OP1230的加入能降低燃烧级别。当PN-DOPO添加量为17.5%(质量分数)时,GFPA6T/PN-DOPO达到FV-0级,相对于GFPA6T/OP1230的热释放速率、总热释放量降低更明显,热降解残余量更高,成炭作用更明显。由动态力学性能分析可知加入的阻燃剂能与PA6T分子链发生一定程度的微交联,导致树脂基体的刚性增加。合成产物PN-DOPO在提高GFPA6T阻燃性能和保持力学性能方面比OP1230更明显。     

增容剂EVA-g-MAH对乙烯-醋酸乙烯共聚物/聚酰胺6阻燃合金性能的影响

采用熔融共混法,以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)为原料组成的膨胀阻燃剂(IFR),制备了乙烯-醋酸乙烯共聚物/聚酰胺6/IFR(EVA/PA6/IFR)阻燃复合材料,并研究了增容剂EVA-g-MAH对EVA/PA6阻燃合金阻燃性和力学性能的影响。通过极限氧指数、垂直燃烧、熔融指数、力学性能、热重分析和扫描电子显微镜等手段对EVA/PA6阻燃合金进行了性能测试与表征。结果表明:随着EVA-g-MAH用量的增加,EVA/PA6阻燃合金的极限氧指数稍有降低,但当EVA-g-MAH质量分数为10%时,垂直燃烧可达UL 94V-0级;拉伸强度和断裂伸长率随着增容剂含量的增加而逐渐升高。热重分析结果表明,增容剂可提高EVA/PA6阻燃合金的热稳定性。     

纳米有机蒙脱土对尼龙6/N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐的结构及耐热性能影响

采用自制新型耐热改性剂N-苯基马来酰亚胺-马来酸酐二元共聚物(NMA)与纳米有机蒙脱土(OMMT)对尼龙6(PA6)进行熔融共混制备了PA6/NMA/OMMT纳米复合材料,并通过透射电镜、X射线衍射、差示扫描量热、旋转流变仪、热变形及力学性能测试等分析研究了纳米OMMT用量对PA6/NMA/OMMT纳米复合材料的结构及耐热性能的影响。结果表明:纳米OMMT剥离分散在PA6基体中,诱导了PA6由α晶型向γ晶型转变;且OMMT对PA6/NMA/OMMT纳米复合材料的异相成核作用提高了体系结晶度。此外,对比于PA6/NMA复合材料,PA6/NMA/OMMT纳米复合材料的动态复合黏度、储存模量、损耗模量均增大;且PA6/NMA/OMMT纳米复合材料热变形温度及力学性能随着OMMT添加量的增加呈增大趋势。     

多单体接枝聚丙烯对干态和湿态玻纤增强尼龙6性能的影响

通过熔融共混法,加入自制的多单体接枝聚丙烯(PP-g-MAH-EP)制备尼龙6(PA6)/玻璃纤维(GF)/PP-g-MAH-EP复合材料。研究了PP-g-MAH-EP对复合材料吸水前后静态和动态力学性能的影响,并通过扫描电镜与原子力显微镜分析试样断面微观形貌及微观力学性质的变化。结果表明,PA6/GF/PP-g-MAH-EP复合材料的吸水率随着PP-g-MAH-EP含量的增加逐渐降低,即PP-g-MAH-EP的加入能有效抑制PA6/GF复合材料的吸水率;在干态及相同吸水条件下,PA6/GF/PP-g-MAH-EP复合材料的力学性能明显优于PA6/GF。与PA6/GF相比,当PP-g-MAH-EP加入20 phr时,复合材料综合力学性能最好。PP-g-MAH-EP的加入,有效改善了纤维与尼龙6基体界面的粘接,吸水后的基体树脂在探针作用下的形变量明显降低。     

PA6-66-1010/MCPA6复合材料的结构与性能

采用原位聚合法制备了三元共聚尼龙6-66-1010(PA6-66-1010)与原位浇铸尼龙6(MCPA6)的共混复合材料。利用差示扫描量热法(DSC)、动态热机械分析(DMA)、力学性能测试和扫描电子显微镜(SEM)表征复合材料的结晶熔融行为、动态力学性能、力学性能及断裂破坏形貌。结果表明,PA6-66-1010的加入,使得复合材料中MCPA6分子间的氢键作用减弱、分子链活动性增加;复合材料的结晶温度、熔融温度、结晶度随着PA6-66-1010含量的增加而下降;PA6-66-1010的加入,破坏了MCPA6分子间氢键的规整性,使得复合材料韧性得到提高而强度变化不大;当PA6-66-1010含量为10%时,复合材料断裂伸长率提高近6倍。     

超分散剂对剑麻纤维/长玻纤/聚丙烯复合材料性能的影响

以自制超支化分散剂(HBD)为改性剂,制备剑麻纤维(SF)/长玻纤(LGF)/聚丙烯(PP)复合材料,探讨超分散剂对SF/LGF/PP复合材料的力学性能、热性能、结晶性能的影响。采用扫描电镜(SEM)观察SF/LGF/PP复合材料的冲击断面形貌,分析纤维与聚丙烯树脂的界面相容性。实验结果表明,经HBD改性后的SF/LGF/PP复合材料的冲击强度、弯曲强度分别比未经分散剂改性的复合材料提高了35.2%和6%,复合材料的热稳定性、聚丙烯相的结晶速率和结晶度有所提高,HBD的加入使得复合材料的储能模量提高,损耗系数降低。     

阻燃香蕉纤维增强聚乳酸复合材料的热老化性能研究

以偶联剂处理过的香蕉纤维、聚乳酸为原料,添加膨胀型阻燃剂制备阻燃香蕉纤维增强聚乳酸复合材料。研究了复合材料老化前后的力学性能、燃烧性能、热性能、红外光谱特征和表面形貌。结果表明:老化12d后,复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别降低了90.7%和74.4%;复合材料的燃烧性能也逐渐降低;TG、SEM、FT-IR分析结果均表明,随着热老化时间的延长,复合材料发生了部分降解。     

尼龙6/纳米TiO2及尼龙6/纳米Al2O3原位复合材料的性能

通过原位复合的方法合成了尼龙6／纳米TiO2和尼龙6／纳米Al2O3复合材料，并对材料的力学性能、动态力学行为和光氧化降解行为进行了初步的探讨。结果表明，经钛酸酯偶联剂表面处理的纳米TiO2和纳米Al2O3的加入，可以在一定程度上同时提高尼龙6基体的强度和韧性。此外，氙灯老化实验和XPS测试结果表明，尼龙6／纳米TiO2复合材料具有良好的耐光氧老化降解能力。     

阻燃级黄麻短纤维/聚乳酸复合材料的制备及性能研究

采用具有良好降解性的黄麻短纤维作为增强材料,生物可降解材料聚乳酸作为基体,制备了可降解的黄麻/聚乳酸复合材料。对复合材料的力学性能,耐热性能以及阻燃性能等进行了测试,结果表明,相对与纯聚乳酸,黄麻纤维的加入使复合材料的力学性能和耐热性能有明显提高,阻燃体系的加入使复合材料具有良好的阻燃性能,可达到UL94V0级,但阻燃剂的加入一定程度上降低了复合材料的力学性能及热变形温度。     

孔隙率对碳纤维/尼龙6复合材料湿热性能影响的数值模拟研究

孔隙在复合材料制造过程中广泛存在,在湿热环境下孔隙的存在会改变应力场和水分场,进而影响复合材料的吸湿性能与力学老化性能。对碳纤维/尼龙6(Carbon fiber reinforced polyamide 6,CF/PA6)复合材料在不同温度浸水环境下吸湿老化后的力学性能测试,研究了温度与吸湿量对其力学性能的影响及强度与模量等力学参数的演化规律,建立吸湿参数与力学参数的关联函数。基于随机顺序吸附法算法(Random sequential adsorption,RSA),建立了纤维、界面和孔隙随机分布的代表性体积单元(Representative volume element,RVE)模型。在本构模型中引入依赖于吸湿量的退化因子,研究了孔隙含量对复合材料横向拉伸、压缩、剪切强度和模量的影响,揭示了湿热老化前后不同的失效机制。结果表明：在热湿老化前,由于应力集中,孔隙会导致复合材料力学性能下降,孔隙率含量每增加1%,横向拉伸强度降低6.4%;湿热老化后,基体吸湿塑化效应是复合材料力学性能降低主要因素,对应降低率为3.86%。