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。     

复合涂层对玻璃纤维增强尼龙6复合材料界面性能的影响

为了获得界面性能优异的玻璃纤维增强尼龙6复合材料，利用含有聚多巴胺(PDA)和六方氮化硼(h-BN)的复合涂层对玻璃纤维进行表面改性处理，制备出玻璃纤维增强尼龙6复合材料(GF/PA6)。采用XRD、XPS、SEM、接触角测量仪对玻璃纤维晶型结构、化学结构、表面形貌和粗糙度进行表征。同时考察了h-BN的不同添加量对复合材料力学性能、热稳定性能、动态热机械性能和结晶性能的影响。结果表明：经过改性处理的玻璃纤维表面被均匀的复合涂层所覆盖，显著增加了玻璃纤维的表面粗糙度、表面活性和化学键能，大大提高了玻璃纤维与尼龙6树脂基体之间的界面啮合作用，且复合涂层的加入能够诱导PA6晶型由γ晶型转变为α晶型，h-BN含量为0.75%时的复合材料力学性能达到最高，拉伸强度达到129.8 MPa，相比改性前提高了79.2%，弯曲强度达到194.8 MPa，相比改性前提高了32.2%。储能模量达到1 742 MPa，相比改性前提高了69.9%。     

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。     

面向3D打印的连续碳纤维上浆工艺及其对复合材料性能的影响

对连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTPCs)进行3D打印能够实现无模具快速制造,扩展增材制造的实际应用。为进一步提高3D打印连续碳纤维增强复合材料制件的性能,采用热塑性上浆剂对干碳纤维进行上浆处理,以尼龙6(PA6)为基体打印连续碳纤维增强复合材料,对比了上浆前后碳纤维表面性质及复合材料力学和界面性能。结果表明,上浆后碳纤维表面极性官能团增加,纤维与树脂浸润性改善;纤维表面粗糙度增加,纤维与树脂的机械结合力增强;上浆后碳纤维增强PA6复合材料较原始碳纤维增强PA6复合材料层间剪切强度提高42. 2%,层间结合增强,弯曲强度提高了82%,弯曲模量提高2. 46倍; 3D打印的上浆后碳纤维增强PA6复合材料试样断面上有明显纤维拔出现象,界面性能显著改善。     

聚酰胺胺改性碳纤维/尼龙复合材料制备及性能

为改善碳纤维增强尼龙复合材料(CFRPA)的加工流动性和力学性能,采用聚酰胺胺(PAMAM)树枝状高分子作为改性剂,通过熔融共混制备出碳纤维(CF)增强尼龙66(PA66)复合材料.采用DSC、万能试验机和SEM分别对改性后PA66的结晶行为、CFRPA的拉伸性能及微观组织形貌进行测试表征.结果表明,添加PAMAM可以...     

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。     

聚多巴胺改性碳纤维增强尼龙6复合材料的界面性能

在碳纤维表面自聚合沉积多巴胺对其改性,制备出碳纤维增强尼龙6复合材料(CF/PA6)。使用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角测量仪、傅里叶红外光谱(FTIR)以及X射线光电子能谱仪(XPS)等手段表征碳纤维的表面形貌、粗糙度、润湿性和化学结构,研究聚多巴胺(PDA)沉积时间对复合材料界面力学性能的影响。结果表明：经过改性处理的碳纤维表面被一层均匀的PDA薄膜覆盖,显著提高碳纤维的表面活性、表面粗糙度和化学键能,也极大地提高碳纤维与尼龙6树脂基体之间的界面相容性。PDA沉积16 h的复合材料其界面结合强度最高,层间剪切强度达到31.7 MPa比改性前提高72.3%,弯曲强度达到308.2 MPa比改性前提高56.9%。     

碳纤维增强共聚酰胺6-66复合材料的制备及性能

通过两段式聚合法制备共聚酰胺PA6-66,然后采用熔融共混得到碳纤维增强PA6-66复合材料(CF/PA6-66).对复合材料的断面形貌、热性能、结晶性能、非等温结晶动力学、熔体流变性、力学性能和动态力学性能进行了分析.差示扫描量热(DSC)和热重分析结果表明,CF/PA6-66复合材料的熔点约为190℃,分解温度在376℃以上.DSC和X射线衍射分析表明,CF的加入加快了聚合物的结晶速率,促进γ晶型的形成.力学性能和熔体流变性能测试结果表明,随着CF含量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度与缺口冲击强度均先升高后降低,当CF含量为20％时,CF/PA6-66复合材料的拉伸强度与弯曲强度分别为95.54 MPa和121.42 MPa,相比纯PA6-66分别提升了82.26％和81.17％,同时其黏流活化能仅为35.43 kJ/mol.     

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。     

超支化环氧树脂改性尼龙6的制备与性能研究

为改性尼龙6,以含有脂肪族结构的超支化环氧树脂（AHEP）作为尼龙6的改性剂,制备出不同质量比的AHEP-PA6共混体系。利用熔融指数仪、广角X射线衍射分析仪（WAXD）、力学万能试验机及扫描电子显微镜测试AHEP-PA6共混体系的加工流动性、结晶性能和力学性能。结果表明：AHEP的加入使PA6的结晶度有一定的提高,PA6的晶型发生变化,γ晶型弱化,转化为稳定性较好的α晶型。AHEP在PA6基体中能够均匀分散,二者间较强的相互作用及微交联结构提高了PA6的力学性能,共混体系断面形貌呈现原位增韧增强特征。     

连续碳纤维/尼龙6热塑性复合材料的吸湿及力学性能

利用热压工艺制备了三种不同等温结晶时间的连续碳纤维（CF）增强尼龙6（PA6）单向复合材料,并分别研究了吸湿前后连续CF/PA6复合材料单向板的0°拉伸、90°拉伸、弯曲和层间剪切性能变化。结果发现,CF/PA6复合材料的0°拉伸、90°拉伸、弯曲和层间剪切强度（模量）分别下降了10%~37%（0~0.6%）、35%~46%（62%~64%）、53%~61%（16%~28%）和5%~31%。结合SEM断面观察和抛光金相显微学给出了吸湿对CF/PA6复合材料性能的影响机制。      

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。     

Non-isothermal crystallization of polyamide 6 matrix in all-polyamide composites: crystallization kinetic, melting behavior, and crystal morphology

The difference in the melting points of polyamide 66 (PA66) fiber and polyamide 6 (PA6) film permits the preparation of all-polyamide (all-PA) composites by film-packing. Good interface performance and integrated consolidation structure in this all-PA composite are contributed to the similar chemical composition between PA66 fiber and PA6 matrix. In this paper, the non-isothermal crystallization kinetics and melting behaviors of PA6 matrix in all-PA composite are studied by differential scanning calorimetry (DSC), in which the modified Avrami equation, Ozawa model, and Mo equation combining Avrami and Ozawa equation are employed. It is found that the Mo equation exhibits great advantages in treating the non-isothermal crystallization kinetics for both neat PA6 and PA6 matrix in all-PA composite. The crystal morphologies of single PA66 fiber–PA6 composite by polarizing microscope (POM) clearly show a transcrystallinity layer of PA6 around PA66 fiber that proves a remarkable nucleation effect of PA66 fiber surface on the crystallization of PA6 matrix.     

膨胀石墨-碳纤维/尼龙三元导热复合材料制备

以尼龙6（PA6）为基体,膨胀石墨（EG）和碳纤维（CF）作为导热填料,采用熔融共混法制备了EG/PA6、CF/PA6和CF-EG/PA6导热复合材料。重点研究当固定导热填料（CF和EG）填充量为40wt%时,CF与EG不同的填充比例对CF与EG的接触方式及CF-EG/PA6复合材料的导热性和力学性能的影响。结果表明,相比单一CF填充,EG的加入有利于CF-EG/PA6复合材料热导率的增加;CF:EG质量比是25:15时的EG-CF/PA6三元复合材料,热导率可以达到2.554 W/（m·K）,是PA6的8倍,拉伸强度提高了125.34%,弯曲强度提高了119.8%,同时具有优异的耐热性。SEM结果表明,纤维状CF与蠕虫状EG片层在适当的填充比例下可以形成"面接触"的三维网络结构,这种三维网络结构不仅显著增大EG-CF/PA6复合材料的热导率,而且明显提高了其力学性能和耐热性能。为研制填充型导热高分子材料提供了一条新思路。      

热处理对碳纤维/聚酰胺6复合材料界面结晶及力学性能的影响

探究了热处理对聚酰胺6（PA6）在碳纤维（CF）表面的结晶行为及其界面力学性能的影响。利用差示扫描量热法（DSC）、偏光显微镜（POM）观察法等分析手段考察了热处理对PA6在CF表面结晶行为的影响,揭示了在热处理过程中,PA6进行链段重排,形成小且不完善的新结晶,导致结晶度的上升以及界面横晶形貌的完善;进一步通过单丝微球脱粘实验和单向CF/PA6复合材料横向拉伸实验考察了热处理对PA6与CF的界面结合性能的影响,揭示了经退火热处理的试样由于弱界面和应力集中的减少使界面剪切强度增加且单位体积断裂能下降。     

环氧树脂改性聚乳酸/低熔点尼龙6复合材料的结构和性能

用“熔融挤出-热拉伸-淬冷”法制备环氧树脂改性聚乳酸(ePLA)/低熔点尼龙6(LMPA6)复合材料,使用差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、流变仪和电子拉伸机等手段研究了具有不同LMPA6含量的ePLA/LMPA6复合材料的结晶行为、热性能、流变性能以及力学性能。DSC结果表明,LMPA6的加入改变了PLA的晶体结构,显著改变了复合材料体系的冷结晶温度、冷结晶熔融温度。热重分析(TGA)结果表明,LMPA6的加入提高了ePLA/LMPA6复合材料的热稳定性。动态力学性能结果表明,LMPA6的加入提高了ePLA/LMPA6复合材料的玻璃化转变温度(T_g)。流变学测试结果表明,应变(γ)超过临界应变(γ_C)后储能模量(G')呈非线性下降,出现“Payne”效应。这种复合材料表现出非牛顿流体的特性—“剪切变稀”行为,而且随着LMPA6含量的提高体系的“剪切变稀”行为更加明显。根据扫描电镜照片,在LMPA6含量为7％的体系中出现微纤结构,使其相容性最好。LMPA6的加入在一定程度上提高了复合材料的强度和韧性,特别是LMPA6含量为7％的复合材料其拉伸强度(72.8MPa)和冲击强度(5.0 kJ/m²)达到极值,比改性聚乳酸(65.7 MPa,2.8 kJ/m²)分别提高了10.8%和78.6%。     

废旧轮胎粉/POE-g-MAH复合改性 PA6的制备与性能研究

以PA6为基体、废旧轮胎粉与POE-g-MAH为复合增韧剂,采用双螺杆挤出机,制备了废旧轮胎粉/POE-g-MAH/PA6复合材料,研究了复合增韧剂含量对复合材料力学性能、熔融与结晶行为、晶体结构、热性能以及微观形貌等的影响.结果表明,复合材料的冲击强度和断裂伸长率随复合增韧剂含量的增加而显著提高,而拉伸强度和弯曲强度则正好相反;DSC、XRD和TGA结果表明,复合增韧剂的加入,提高了PA6基体的结晶速率,却降低了其结晶度、晶体结构的完整性和耐热性能.     

碳纤维-尼龙6混编织物复合材料的制备及性能

为了探究合适的碳纤维表面处理方法,改善碳纤维-尼龙6织物复合材料界面结合效果,提高复合材料的力学性能,通过混编的方式制备碳纤维-尼龙6预制件,将预制件浸泡在不同浓度的醇溶尼龙无水乙醇溶液中,最后将预制件通过热压成型,制备碳纤维织物-尼龙6复合材料。采用万能拉伸试验机、SEM、TGA、DSC、XRD分析碳纤维-尼龙6复合材料的力学性能、微观形貌、耐热性能、结晶度及晶型变化。结果表明:将预制件在浓度为1wt%的尼龙溶液处理后,并采用1℃/min的降温速率制备的碳纤维-尼龙6织物复合材料力学性能最佳,抗拉强度、弹性模量、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别为449.32 MPa、5.32 GPa、657.67 MPa、44.08 GPa、138.42 kJ/m2。纤维拔出后,单根碳纤维表面附着部分尼龙基体,碳纤维与尼龙基体形成了良好的界面层。碳纤维-尼龙6织物复合材料的起始分解温度较尼龙6纤维提高了13℃,耐热性有所增强,尼龙6树脂主要以α晶型存在,结晶较为完善。      

滑石粉填充间规聚苯乙烯结晶行为与晶型

用熔融挤出方法制备了滑石粉(Talc)填充间规聚苯乙烯(Talc/sPS)和苯乙烯(St)/丙烯酸(AA)或St/马来酸酐(MA)双单体接枝改性Talc的Talc/sPS复合材料,用DSC和WAXD研究了Talc/sPS和改性Talc/sPS复合材料的结晶与熔融行为、晶型。结果表明,Talc对sPS结晶存在异相成核作用,提高sPS熔体结晶温度。熔融温度提高,sPS结晶温度降低,sPS结晶温度与熔融温度的依赖性为:sPS>Talc/sPS>Talc-AA-PS/sPS>Talc-MA-PS/sPS。Talc/sPS复合材料的熔融行为和晶型不仅与熔融温度有关,也与Talc表面处理有关。双单体接枝改性的Talc填充sPS有利于形成β晶。     

CNTs强化碳纤维/环氧复合材料界面过渡层及其对界面性能的影响

采用上浆的方法将碳纳米管(CNTs)引入到碳纤维表面,制备CF/CNTs/环氧多尺度复合材料。相比上浆处理前,复合材料的层间剪切强度及弯曲强度分别提高了13.54%和12.88%。采用力调制原子力显微镜及扫描电镜的线扫描功能对复合材料界面相精细结构进行分析。结果表明:CNTs的引入在纤维和基体间构建了一种CNTs增强环氧树脂的界面过渡层。该界面过渡层具有一定厚度,且其模量和碳元素含量呈梯度分布。在固化成型前对含有CNTs的复合材料进行超声处理,促使碳纤维表面的CNTs向周围树脂中分散,发现复合材料的界面过渡层被弱化,其层间剪切强度及弯曲强度较超声处理前分别下降了7.33%和5.34%,验证了CNTs强化的界面过渡层对于提高复合材料界面性能的重要作用。