剑麻纤维素微晶/酚醛树脂复合材料的力学性能和摩擦性能

采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)对自行制备的剑麻纤维素微晶(SFCM)进行表面改性,采用双螺杆挤出机对SFCM与酚醛树脂(PF)进行熔融共混,采用模压成型方法制备SFCM/PF复合材料。研究不同SFCM含量的SFCM/PF复合材料的力学、摩擦学性能,并采用扫描电镜(SEM)观察磨损面的形貌。结果表明,SFCM的加入能有效提高复合材料的力学性能和摩擦性能,当SFCM含量为6%时,复合材料的冲击强度提高了55.56%,SFCM含量为4%时,复合材料的弯曲强度提高了31.37%;SEM观察发现,改性后的SFCM为微纤维形态,径向尺寸为10μm;热重分析表明,改性SFCM初始分解温度比剑麻纤维提高了60℃。     

剑麻纤维素微晶(壳聚糖/聚对苯乙烯磺酸钠)层层自组装及其复合材料的热性能和阻燃性能

采用层层自组装法,在剑麻纤维素微晶(SFCM)表面交替吸附壳聚糖(CH)和聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)构筑CH/PSS阻燃涂层,采用Zeta电位、热重分析、场发射扫描电镜、垂直燃烧测试和燃烧量热等手段对复合材料的结构和性能进行表征。结果表明,CH/PSS涂层已经成功包覆在SFCM表面;随着吸附CH/PSS层数增加,复合材料的初始分解温度由302℃降低至237℃,残炭率由4.76%提高至27.34%;与纯SFCM相比,SFCM(CH/PSS)5点燃时间延长了1倍,残炭率提高到35.3%,最大热释放速率峰值(pkHRR)和热释放总量(Total HR)分别减少了87%和51.6%,说明构筑的自组装涂层明显提高了SFCM的阻燃性能。     

可再生CH/PA阻燃涂层对剑麻纤维素微晶的改性

采用层层自组方法在剑麻纤维素微晶(SFCM)表面吸附天然聚电解质壳聚糖(CH)和植酸(PA),构筑可再生CH/PA阻燃涂层,用Zeta电位、热重分析(TGA)、场发射扫描电镜(FESEM)、垂直燃烧测试(VFT)和燃烧量热仪(MCC)等手段对复合材料进行了表征。Zeta电位和FESEM结果显示,在CH和PA吸附过程中电位正负交替变化,SFCM表面局部位置被一层凸起的涂层包覆。TGA和FESEM结果表明,随着CH/PA层数的增加复合材料的初始分解温度由299℃降低至257℃,残炭率由5.41%提高至37.64%,SFCM(CH/PA)5的TG残炭物表面未出现螺旋状收缩,纤维素形貌基本上不变;VFT结果显示,SFCM(CH/PA)5续燃时间(39 s)比纯SFCM(150 s)缩短了111 s。MCC结果表明,SFCM(CH/PA)5的热释放速率峰值(pkHRR)和热释放总量(Total HR)与纯SFCM相比分别减少70.6%和79.2%,表明CH/PA涂层具有明显提高SFCM阻燃性能的作用。     

(壳聚糖-聚磷酸铵)/剑麻纤维素微晶层层自组装复合材料的热性能和阻燃性能

采用层层自组装法（LBL）,在剑麻纤维素微晶（SFCM）表面交替吸附壳聚糖（CH）和聚磷酸铵（APP）构筑CH-APP阻燃涂层,成功制备（CH-APP）_n/SFCM阻燃复合材料。通过Zeta电位分析仪、FTIR、TGA、POM、垂直燃烧法（VFT）、SEM手段对复合材料的结构和性能进行表征。FTIR、Zeta电位结果表明,CH和APP在SFCM表面电位正负交替变化,CH-APP涂层成功包覆在SFCM表面; POM和SEM结果显示,组装后（CH-APP）_n/SFCM复合材料表面变得粗糙,其表面包覆了一层较厚涂层; TGA结果表明,随着吸附CH-APP组装层数的增加,（CH-APP）_n/SFCM复合材料的初始分解温度（T_5%）由279.4℃降低至243.1℃,残炭率由11.24%提高至32.06%; VFT测试结果表明,随着组装层数的增加,（CH-APP）_n/SFCM复合材料阻燃性能明显提高,组装10层的（CH-APP）₁₀/SFCM复合材料甚至可以达到离火自熄的程度。      

表面活性剂对CNTs/EP复合材料性能的影响

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为表面活性剂,采用超声分散工艺对碳纳米管(CNTs)进行包覆处理,将不同含量的CNTs与处理后的CNTs分别与环氧树脂(EP)球磨混合后制备CNTs/EP复合材料。采用透射电镜表征CNTs的微观形貌,并观察冲击试样断口形貌。结果表明:处理后的CNTs/EP较原CNTs具有良好的分散性,与树脂界面结合紧密,断口为韧性断裂。当处理后的CNTs含量为3%(wt,质量分数),制得的CNTs/EP复合材料的抗拉强度和冲击强度分别为72.5MPa和32.5kJ/m2,比未经处理的CNTs制得的CNTs/EP复合材料分别增长16.00%和41.30%,SDBS包覆处理效果明显。     

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。     

聚氨酯/二氧化硅包覆多壁碳纳米管复合材料的导热与电绝缘性能

通过溶胶-凝胶法制备了厚度为30nm-50nm的二氧化硅(SiO2)包覆多壁碳纳米管(SiO2-MWNTs),并与聚氨酯(PU)复合制备了PU/SiO2-MWNT复合材料。研究了SiO2-MWNTs对PU导热电绝缘性能的影响。结果表明,SiO2包覆层增强了MWNTs与PU之间的界面相互作用,促进了MWNTs在PU中的分散。由于SiO2包覆层的电绝缘作用,PU/SiO2-MWNT复合材料保持了PU的电绝缘性能。同时SiO2包覆层作为过渡层,降低了PU与MWNTs间的模量失配,减少了声子的界面散射,提高了PU/SiO2-MWNT复合材料的导热性能。当SiO2-MWNTs的质量分数为0.5%和1.0%时,PU/SiO2-MWNT复合材料的热导率分别提高了53.7%和63.8%。     

蒙脱土和碳纳米管共掺改性环氧树脂复合材料的力学性能和热性能

采用有机化蒙脱土(OMMT)和碳纳米管(MWCNTs)2种纳米材料改性双酚A型环氧树脂。通过溶液共混法制备OMMT/EP、MWCNTs/EP、OMMT/MWCNTs/EP环氧树脂纳米复合材料。利用扫描电子显微镜观察了复合材料的冲击断面,测试了复合材料的力学性能和热性能,探讨了OMMT、MWCNTs增韧环氧树脂的机理。结果表明,当试样中OMMT质量分数为4%,MWCNTs质量分数为0.7%时,OMMT/EP、MWCNTs/EP和OMMT/MWCNTs/EP的冲击强度分别达到16.8kJ/m2,23.1kJ/m2,30.4kJ/m2,较未掺杂环氧树脂分别提高了16.7%,60.4%,110%。弯曲强度较未改性环氧树脂分别提高了27.54%,35.74%,54.12%。3种复合材料的热分解温度和马丁耐热温度均较未改性环氧树脂略有提高。     

剑麻纤维素微晶的制备与表征

通过对剑麻纤维进行预处理、碱处理、酸解等步骤制备剑麻纤维素微晶,采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、偏光显微镜(POM)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热(DSC)和热重分析(TGA)等方法对产物进行了表征。红外谱图分析表明,所制备的剑麻纤维素微晶的主要成分为纤维素;而XRD、POM和SEM结果表明,剑麻纤维素微晶以纤维素Ⅰ的形式存在,长度尺寸在50μm~150μm之间,直径10μm左右;DSC和TGA热分析结果表明,剑麻纤维素微晶在323.7℃处有一尖锐的结晶熔融吸热峰,其初始热分解温度达到337℃,比普通剑麻纤维的初始热分解温度提高60℃,并且其在700℃时的最后残留物仅为0.05%。     

ATRP法在纳米SiO_2表面接枝PBA及其对PVC的改性

采用原子转移自由基聚合法(ATRP)在纳米二氧化硅(SiO2)粒子表面接枝聚丙烯酸丁酯(PBA),并以此对聚氯乙烯(PVC)进行改性。红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)及力学性能等测试结果表明,所制备的SiO2-g-PBA纳米复合粒子在PVC中分散均匀,使PVC/SiO2-g-PBA复合材料的缺口冲击强度及拉伸强度均明显高于PVC及PVC/SiO2复合材料。当SiO2-g-PBA纳米复合粒子的质量分数为5%时,PVC/SiO2-g-PBA复合材料的冲击强度达到9.5kJ/m2,较纯PVC提高了280%,同时拉伸强度也有一定的提高,达到了65.3MPa。     

氧化石墨烯/二氧化硅协同改性环氧树脂复合材料的制备及表征

以氧化石墨烯(GO)、硅溶胶、甲苯二异氰酸酯为原料,合成二氧化硅接枝氧化石墨烯(SiO2-g-GO)化合物,并用于改性环氧树脂制备SiO2-g-GO/环氧树脂复合材料。采用红外光谱(FT-IR)、广角X射线衍射(WAXD)、热重分析(TGA)、动态机械分析仪(DMA)及扫描电镜(SEM)对复合材料性能进行表征。结果表明,当SiO2-g-GO用量为5 phr,材料冲击强度提高到38.79 kJ/m2,是纯环氧树脂的2.2倍左右;同时,拉伸强度、弯曲强度及弹性模量分别提高了1.35倍、1.45倍、1.42倍。TGA及DMA研究表明,改性后复合材料的起始分解温度、最大分解温度、储能模量和玻璃化转变温度Tg分别比环氧树脂有明显的提高。冲击断面的SEM表明,SiO2-g-GO对环氧树脂固化物有明显的增韧效果。     

氧化锌@石墨烯/环氧导热绝缘复合材料的制备及性能研究

以氧化石墨烯(GO)为载体,醋酸锌为锌源,采用溶胶-凝胶法成功制备了氧化锌@石墨烯(ZnO@rGO)复合填料并利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱仪(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)对复合填料的结构及微观形貌进行表征。然后以ZnO@rGO作为导热填料,制备了系列环氧树脂(ZnO@rGO/EP)导热绝缘复合材料,研究了填料含量对复合材料性能的影响。结果表明,复合填料能较均匀地分散于环氧树脂基体中,随填量的增加,ZnO@rGO(O_2)/EP复合材料的热导率不断增加,冲击强度先提高后降低。当添加22.04%(体积分数)的ZnO@rGO(O_2)填料时,复合材料的热导率达到0.58 W/(m·K),与纯环氧树脂材料相比提高了205.3%,而冲击强度由纯环氧树脂的15.9 kJ/m~2提高到25.0 kJ/m~2且该复合材料仍保持良好绝缘性能。     

石墨烯的种类对剑麻纳米纤维素/石墨烯/聚苯胺复合材料电化学性能的影响

基于绿色可再生的剑麻纳米纤维素,采用超声分散方法制备剑麻纳米纤维素/石墨烯(CNF/G)分散液,通过机械共混法制备剑麻纳米纤维素/石墨烯/聚苯胺(CNF/G/PANI)复合材料,采用红外光谱、X射线衍射、拉曼光谱和扫描电镜对复合材料的结构和形态进行表征,采用循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等方法研究材料的电化学性能,侧重研究石墨烯的种类对CNF/G/PANI复合材料电化学性能及结构的影响。结果表明,加入石墨烯纳米片(GNS),聚苯胺(PANI)和剑麻纳米纤维素(CNF)穿插于GNS中,产生较多的孔洞,复合材料的比电容最高值达到322.25 F/g,内阻仅为0.77Ω,在5 A/g的电流密度下,循环充放电1000次,复合材料的电容保持率达到76.92%。     

胶乳共混法天然橡胶/二氧化硅纳米复合材料的制备及性能

采用胶乳共混法制备天然橡胶/二氧化硅(NR/SiO2)纳米复合材料。先用硅烷偶联剂KH-570对纳米二氧化硅进行改性,再经乳液聚合接枝上聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)得到PMMA-SiO2粒子,最后将其与用MMA改性的天然胶乳(NR-PMMA)共混制得NR/SiO2纳米复合材料。采用红外光谱仪、透射电镜、扫描电镜、热重分析仪、橡胶拉伸测试机对样品进行了表征。实验结果表明,PMMA成功地接枝于SiO2表面,PMMA-SiO2在橡胶基体中分散均匀,平均粒径在60nm～80nm之间,复合材料的拉伸强度比纯的NR提高了35%,定伸应力也有显著提高。     

SiC粒子改性聚氨酯/环氧树脂复合材料性能研究

利用聚氨酯预聚体对环氧树脂(EP)进行改性制备聚氨酯/环氧树脂复合材料,再加入碳化硅(SiC)粒子作为无机填料对复合材料改性。结果表明:改性后的复合材料力学、耐磨、防腐等性能均得到了提高,当SiC粒子的加入量为复合材料的6%时,复合材料的冲击强度为24.28kJ/m2,拉伸强度为66.19MPa,均达到最大值,磨损量为0.083g,提高了耐磨性能,耐酸碱腐蚀性能达到最佳。     

氧化石墨烯/碳纳米管协同改性环氧树脂的制备与性能

先用改进的水热法,经超声剥离制备氧化石墨烯(GO),并采用两相萃取法将制得的GO萃取到环氧树脂基体(EP)中;再用超声分散及热催化反应的方法将羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs)分散到甲基六氢苯酐(MHHPA)中,然后将GO/EP复合材料与MWCNTs/MHHPA混合制得GO-MWCNTs/EP复合材料。利用扫描电镜对该复合材料断面形貌进行表征,并进行了力学性能测试及动态力学分析测试。结果表明,复合材料的力学性能和热稳定性较纯环氧明显提高。当GO加入量为0.1%,MWCNTs含量为0.4%时,材料的冲击强度最高,强度值为84.22kJ/m2,提高了137%;拉伸强度提高了48.4%;断裂伸长率增加了97.9%。表明GO-MWCNTs对环氧树脂具有协同增强、增韧的协同效应。     

PP-g-MAH对PP/SiO2纳米复合材料力学性能的影响

为了进一步提高聚丙烯的力学性能,以马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)为聚丙烯/二氧化硅(PP/SiO2)纳米复合材料的界面相容剂,研究了PP-g-MAH添加量对PP/SiO2的力学性能、微观形态以及结晶行为的影响,并研究了其增容机理.研究表明:PP-g-MAH的加入使纳米PP/SiO2纳米复合材料的力学性能得以全面提高,使纳米二氧化硅与聚丙烯的界面粘结得到改善,并且,由于PP-g-MAH导致复合材料的界面强度提高和界面层厚度增加,使KH-570与PP-g-MAH并用的PP/PP-g-MAH/纳米SiO2复合材料比单用KH-570的PP/SiO2纳米复合材料的改性效果更加明显;PP-g-MAH对PP的结晶过程具有较明显的成核作用,使改性PP的结晶温度提高.     

改性碳纳米管/环氧树脂复合材料的介电性能

实验采用混酸法对碳纳米管(CNTs)表面进行改性,制得羧基化碳纳米管(C-CNTs)。采用溶胶-凝胶法制得SiO₂包覆的C-CNTs (C-CNTs@SiO₂)、TiO₂包覆的C-CNTs (C-CNTs@TiO₂),采用原位聚合法制得聚苯胺包覆的C-CNTs (C-CNTs@ PANI)。以环氧树脂(EP)为基体材料,通过溶液共混法制备出C-CNTs/EP、C-CNTs@SiO₂/EP、C-CNTs@TiO₂/EP和C-CNTs@PANI/EP四种复合材料。研究结果表明:当掺杂相的质量分数均为1 wt%时,四种EP基复合材料的冲击强度相对于未改性的环氧树脂均有不同程度的提高。当掺杂相质量分数为7 wt%时,C-CNTs/EP、C-CNTs@SiO₂/EP、C-CNTs@TiO₂/EP和C-CNTs@PANI/EP四种复合材料的介电常数分别是EP的14.1、7.2、2.5、18.8倍。在实验掺杂量下,C-CNTs@SiO₂/EP和C-CNTs@TiO₂/EP的介电损耗几乎没有变化,C-CNTs@PANI/EP的介电损耗略有增加。当掺杂相质量分数为1 wt%时,C-CNTs@SiO₂/EP和C-CNTs@TiO₂/EP的击穿强度相对于EP明显提高。      

环氧树脂/超支化聚酯/纳米SiO2复合材料的制备及性能

采用超支化聚酯与聚硅酸溶胶共混改性环氧树脂,制备了环氧树脂/超支化聚酯/纳米SiO2三元共混体系纳米复合材料。研究了超支化聚酯/聚硅酸溶胶增韧改性环氧树脂固化体系的力学性能及热性能,通过X射线衍射(WAXD)、差示扫描量热(DSC)、热重分析(TGA)及扫描电镜(SEM)等测试手段对材料的微观相态结构与性能进行了表征。结果表明,超支化聚酯/聚硅酸的加入使纳米复合材料的力学性能和热性能得到明显提高。当纳米SiO2的含量为1%(质量分数,下同)时冲击强度比纯环氧树脂提高了10.48kJ/m2,材料的起始热分解温度也提高了27℃。     

改性凹凸棒土-氧化石墨烯/环氧树脂复合材料的力学性能和热电性能

分别用硅烷偶联剂KH560改性凹凸棒土(Attapulgite，ATP)和氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)，并将其复合制备ATP-GO复合物。以环氧树脂(Epoxy，EP)为基体，采用原位聚合法制备ATP-GO/EP复合材料。采用SEM和FTIR对ATP-GO复合物的形貌和化学结构进行表征。结果表明:ATP与GO成功键合并附着在GO表面；ATP-GO的加入，提高了EP的冲击强度、弯曲强度和热稳定性，降低了其介电常数和介电损耗。3wt%ATP-0.5wt%GO/EP复合材料的弯曲强度和冲击强度分别为138.58 MPa和20.80 kJ/m2，比纯EP分别提高了75.5%和351.6%，而其介电常数和介电损耗分别低至3.36和0.0118，比纯EP降低了7.7%和27.3%。