氧化石墨烯/尼龙6复合材料的等温结晶行为

采用液相共混法制备氧化石墨烯(GO)/尼龙6(PA6)复合材料,利用差示扫描量热(DSC)和偏光显微镜(POM)表征该体系的等温结晶行为。结果表明,Avrami方程可较好地描述PA6和GO/PA6复合材料的等温结晶行为,氧化石墨烯对尼龙6起到成核剂作用,使其结晶速率增大,结晶活化能减少。等温结晶温度升高,PA6和GO/PA6的绝对结晶度和结晶速率减少。偏光显微镜观察证实,添加氧化石墨烯后的尼龙球晶细化。     

微型注塑加工条件下聚甲醛/尼龙11/碳纳米管复合材料的结晶形貌及充填行为

文中将与聚甲醛(POM)加工温度接近的工程塑料尼龙11(PA11)引入POM/碳纳米管(CNTs)体系制备POM/PA11/CNTs三元复合材料,研究相应微型注塑和常规注塑样品中PA11、CNTs等分散相的形貌结构及不同微型注塑加工条件下的结晶熔融行为和充填行为。扫描电子显微镜分析表明,常规样品中PA11呈椭球状无规分散于POM基体树脂中,而在微型样品中PA11呈现多层次结构,在皮层和剪切层区域PA11形成纤状结构并沿熔体流动方向取向,在芯层区域的成纤及取向程度则明显减弱。此外,无论对微型样品还是常规样品,大多数CNTs均选择性分散于PA11分散相中。差示扫描量热分析结果表明,PA11的加入抑制了POM的结晶,随注射速度和模具温度的升高,POM的熔融峰向高温方向移动。最后,利用微型注塑机获得的在线数据研究了三元复合体系在微型模腔中的充填行为。     

微型注塑聚丙烯/聚酰胺6共混体系的取向形态演变和力学性能

通过差示扫描量热分析、扫描电镜、二维广角X射线衍射和高压毛细管流变仪详细探究了微型注塑过程中加工参数的变化和分散相PA6的引入对聚丙烯(iPP)/聚酰胺6(PA6)共混体系的结晶行为、形态分布、流变性能及力学性能的影响。高压毛细管流变仪数据表明,PA6的引入能够显著降低共混体系的剪切黏度。相对于普通注塑成型,在微型注塑成型中较高的剪切力和冷却速率能够诱导分散相PA6由球形到棒状或纤维状结构的演变。在微型注塑iPP/PA6样品中,无论是在中心层还是取向层都形成了形态良好的PA6纤维;随着注射速度的提高,微型注塑样品内部的β晶含量从22%提高到33%(iPP),以及PA6纤维的直径逐渐得到细化,由2.38μm缩减到0.36μm。此外,在微型注塑过程中,PA6分散相的加入能够降低分子链的取向程度,从0.91降低到0.88,而原位PA6纤维的形成,一定程度上提高了iPP/PA6共混体系的拉伸强度,从34.2 MPa左右提高到37.5 MPa。     

微型注塑条件下PLA/PCL共混物的形貌和结晶行为

采用微型注塑加工新技术制备了聚乳酸(PLA)/聚己内酯(PCL)微型制品,研究了微注塑加工过程中注射速度和模具温度对PLA/PCL微型样品的相态、取向及结晶行为的影响。结果表明,适当增加注射速度和模具温度有利于PCL分散相相畴尺寸的减小,过多增加注射速度反而会导致分散相相畴尺寸增大。适当增加注射速度和模具温度也有利于PCL分散相的取向,而过多增加模具温度会使PCL分散相的取向程度降低。此外,注射速度对PLA和PCL结晶度的影响比模具温度大。     

氧化石墨烯/苯甲酸钠复合成核剂协同改性PA6纳米复合材料的性能

先用水热法合成氧化石墨烯(GO)/苯甲酸钠(Sb)复合成核剂(GO-Sb),然后用熔融共混法制备尼龙6(PA6)/GO-Sb纳米复合材料,研究了分别添加GO和Sb、同时添加GO-Sb对PA6纳米复合材料的形态、力学和热性能的影响。结果表明：GO与Sb之间存在静电相互作用和π-π共轭,Sb的加入能促进PA6中γ晶的形成。GOSb作为异相成核剂均匀分散在PA6中,使PA6纳米复合材料的结晶温度、结晶度和热变形温度提高。PA6-GOSb(100/0.05/0.25)纳米复合材料的拉伸强度和冲击强度分别比纯PA6提高了69.9%和157.1%。PA6-GO-Sb(100/0.05/0.25)纳米复合材料的拉伸强度、冲击强度和弹性模量分别比PA6-GO-Sb(100/0.3/0)纳米复合材料提高了13.6%、186.4%和52.6%。与纯PA6(k=0.238 W/m·k)相比,PA6-GO-Sb(100/0.3/0)纳米复合材料(k=0.536 W/m·k)的热导率提高了125.2%,PA6-GO-Sb(100/0.05/0.25)纳米复合材料(k=0.854 W/m·k)的热导率提高了258...     

短切碳纤维增强尼龙66复合材料注塑成型工艺模拟

采用毛细管流变仪和自制小型模具,对不同质量分数的短切碳纤维增强尼龙66(CF/PA66)复合材料颗粒进行了熔体流动性能分析和注塑成型工艺模拟,实现少量原料快速模拟CF/PA66的注塑成型工艺参数。研究表明:短切CF/PA66复合材料的熔体属于幂律流体,熔体黏度随温度、压力和CF质量分数变化显著,当温度和压力升高到临界值后熔体流变特性从假塑性区进入牛顿区;随着CF质量分数的增加,CF/PA66复合材料适宜成型温度提高。实验中PA66、CF质量分数为10wt%和20wt%的CF/PA66三种颗粒的适宜成型温度分别为278~285℃、280~287℃、290~298℃,通过对熔体进行Bagley压力校正,三种颗粒适宜成型的最小注塑压力分别为24.3MPa、29.4MPa、35.1MPa;将流变仪模拟所得参数应用于注塑成型工艺,所得样品的拉伸强度与流变仪制备的试样非常接近,进一步说明了毛细管流变仪模拟CF/PA66注塑成型过程的可行性和有效性,为其注塑成型工艺条件提供了理论依据。     

石墨烯/尼龙66导电纳米复合材料的制备与性能研究

通过溶液共混法制备了石墨烯(G)/尼龙66(PA66)复合材料,通过热压得到了导电纳米复合材料试样。改变石墨烯在尼龙66中的含量,制备了不同比例的G/PA66复合材料,通过室温电导率测试发现,当石墨烯含量达到1.338%(体积分数)时,复合材料的直流体积电导率上升到9.72×10~(-3)S/m,导电渗流阚值为0.734%(体积分数);复合材料的交流体积电导率和介电常数也随石墨烯含量的上升而增加。研究表明:分散良好的石墨烯显著提高了复合材料的导电性。采用扫描电镜(SEM)、万能力学试验机及热重分析仪(TGA)对复合材料的微观形貌、力学性能、热稳定性进行了研究。结果表明,复合材料的拉伸模量升高,热稳定性增强。     

固相剪切碾磨制备聚丙烯/废旧橡胶/聚烯烃弹性体复合材料

利用固相剪切碾磨技术在常温下制备了聚丙烯(PP)/废旧轮胎橡胶(GTR)/聚烯烃弹性体(POE)复合材料。采用力学性能测试、差热分析(DSC)和扫描电镜(SEM)对固相剪切碾磨制备的GTR/POE复合粉体和相应PP/GTR/POE复合材料进行表征和分析,研究了碾磨次数和GTR/POE含量对PP/GTR/POE复合材料结构与性能的影响。结果表明,对固相剪切碾磨方法制备的PP/GTR/POE复合材料,GTR和POE被有效粉碎和均匀分散,其冲击强度和断裂伸长率比常规熔融共混方法制备的复合材料高;增加GTR/POE共碾磨复合粉体的含量或增加碾磨次数均可提高冲击强度和断裂伸长率。     

PP/PA6/OMMT纳米复合材料的非等温结晶动力学

采用熔融插层法制备了聚丙烯(PP)/尼龙6(PA6)/蒙脱土(OMMT)纳米复合物材料,并用差示扫描量热法(DSC)对体系的非等温结晶动力学进行了研究.结果表明,PA6和OMMT的加入,对PP有异相成核的作用,能提高PP的结晶速率和结晶度;运用莫志深方法处理纯PP和PP/PA6/OMMT复合材料的非等温结晶动力学,结果...     

环氧树脂改性低熔点尼龙6复合材料的结晶行为与流变性能

通过一步熔融挤出的方法制备了尼龙6(PA6)/氯化钙(CaCl_2)/环氧树脂(E51)复合材料,利用高级流变仪研究了E51含量对PA6/CaCl_2/E51复合材料的结晶行为和流变性能的影响。动态流变研究结果表明,随着E51的含量的增加,复合体系的成核温度、晶体生长温度及固-液转变温度均向低温方向移动,结晶诱导时间从313 s延长到2699 s,而所有复合材料的储能模量、损耗模量、临界应变值和蠕动松弛时间均随着E51含量的增加而呈现出先增大后减小的趋势,当共混物中E51质量分数为3%时,出现最大值。而稳态流变测试表明,所有PA6/CaCl_2/E51复合材料熔体在230℃时均为假塑性流体,呈现出剪切变稀的现象。     

Polyamide single polymer composites prepared via in situ anionic polymerization of ε-caprolactam

In order to prepare the polyamide single polymer composites (SPC_PA) comprised of polyamide 6 (PA6) fiber and PA6 matrix, a novel method based on the in situ anionic polymerization of ε-caprolactam was developed. The influence of a critical process parameter, molding temperature, on the structure of SPC_PA was investigated by thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscope (SEM). Mechanical properties of SPC_PA prepared at 140, 160, 180, and 200 °C were appraised by three-point bending and tensile test. An optimum molding temperature (160 °C) at which both the tensile and flexural strength reached a peak value was found in the studied molding temperature range. High reaction degree (>93%), low void fraction (<2.5%) and strong and stable fiber/matrix interface contributed to the obvious reinforcing effect of PA6 fibers on PA6 matrix.     

纳米Al2O3-碳纤维多尺度增强聚酰胺基复合材料的制备及力学性能

采用叠层模压法制备了纳米Al₂O₃-碳纤维织物多尺度增强聚酰胺基（nano Al₂O₃-CFF/PA6）复合材料层压板。借助场发射扫描电子显微镜（FESEM）、同步热分析仪（TGA/DSC）和FTIR,研究了模压温度、压力和纳米Al₂O₃加入量等因素对nano Al₂O₃-CFF/PA6复合材料力学性能的影响。研究表明：在模压温度为230℃、模压压力为3 MPa和保压时间为15 min时,CFF/PA6层压板的弯曲强度为250.3 MPa,层间剪切强度为87.6 MPa,平行层厚方向的冲击强度为41.2 MPa,垂直层厚方向为9.6 MPa。当基体中的Al₂O₃含量达到6wt%时,nano Al₂O₃-CFF/PA6层压板的弯曲强度为387.6 MPa,层间剪切强度为35.7 MPa,平行和垂直层厚方向的冲击强度分别为80.3 MPa和25.6 MPa。     

Filling behavior,morphology evolution and crystallization behavior of microinjection molded poly(lactic acid)/hydroxyapatite nanocomposites

In this paper, the filling behavior, morphology evolution, crystallization behavior, thermal stability and mechanical property of poly(lactic acid) (PLA)/hydroxyapatite (HA) nanocomposite under microinjection molding conditions were systematically investigated. The comparison between micropart and macropart of PLA/HA nanocomposite was also conducted. Results showed that in the four stages occurring in the microinjection molding process, the mold cavity filling stage is an extremely rapid process and injection speed influences the filling behavior much more significantly than mold temperature. The remarkably enhanced shear force field generated under microinjection molding conditions proves to be beneficial to formation of highly oriented PLA matrix self-fibrillating structure, improvement of HA filler dispersion and enhancement of interfacial combination. Formation of such a highly oriented structure could lead to the remarkable difference in both crystallization behavior and mechanical property between micropart and macropart. The PLA/HA nanocomposite micropart possessed a significantly enhanced mechanical property and showed a good application prospect.     

聚合物基微纳米复合材料的制备及微型注塑加工研究

微型高分子功能器件具有独特优点,发展迅速,应用广泛,是当今科学技术的重要前沿,迫切需要发展高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,实现其微型注塑加工。介绍了近年来作者课题组在聚合物基微纳米复合材料制备及其微型注塑加工方面的研究进展:通过有机/无机杂化、固相剪切碾磨、纳米复合、分子复合及熔融共混技术等制备适合于微成型加工的高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,如尼龙11/钛酸钡压电复合材料、聚乙烯醇/羟基磷灰石生物医用纳米复合材料、聚氨酯/碳纳米管导电复合材料等。解决了微纳米填料难分散、复合体系难加工的难题,实现了聚合物基微纳米功能复合材料的微型注塑加工,研究了其流变行为和充填行为,调控和优化了微型制品的结构与性能,为制备高性能多功能的聚合物微型器件提供了新材料、新技术和新理论。     

石墨/聚四氟乙烯/玻璃纤维改性PA6的力学和摩擦磨损性能

采用石墨(Gr)、聚四氟乙烯(PTFE)和玻璃纤维(GF)改性聚酰胺6(PA6),以提高PA6的摩擦磨损性能和力学性能。重点研究了填料组合、配比、载荷和转速对复合材料摩擦磨损性能的影响,通过磨损表面形貌分析探讨了摩擦磨损机理。结果表明:Gr/PTFE/GF混杂改性PA6能明显降低摩擦系数并提高耐磨性,PA6/Gr/PTFE/GF质量比为70/5/10/15时摩擦系数和磨损率最低,且在高转速(40N,1500r/min)下摩擦磨损性能更好,摩擦系数为0.08,比PA6降低了27%,磨损率为5.5×10~(-6) mm~3/(N·m),比PA6降低了1个数量级,且该复合材料的拉伸强度、冲击强度、储能模量和损耗模量都高于PA6。     

UHMWPE纤维增强LDPE复合材料的界面形态研究

为实现聚乙烯单聚合物复合材料(PE SPC)的嵌件注射成型,研究基体与增强体间的界面非常关键.本文采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强低密度聚乙烯(LDPE)基体,对纤维和基体进行了差示扫描量热仪测试,在偏光显微镜下模拟了基体与纤维的复合过程,研究不同因素对复合材料界面结晶形态的影响.根据DSC确定了UHMWPE和LDPE复合的温度范围在110.98~147.14℃;合适的温度和剪切作用都有利于界面横晶的产生,从而使基体和纤维产生更好的粘结,提高复合材料的力学性能;温度比剪切的影响更大,注射温度设置在125~135℃可在保证纤维与基体复合的情况下不破坏纤维的增强作用;纤维丝之间会相互影响界面结晶形态,部分界面有横晶产生,说明在实际注射成型过程中纤维束或纤维布的结构对基体渗透和界面形成有较大影响.     

The friction and wear properties of carbon nanotubes/graphite/carbon fabric reinforced phenolic polymer composites

In this paper, either graphite (Gr) or carbon nanotubes (CNTs), or both of them were incorporated into carbon fabric reinforced phenolic (CFRP) composites, preparing by a dip-coating and heat molding process, the tribological properties of the resulting composites were investigated using a block-on-ring arrangement. The worn surfaces were observed by scanning electron microscope to understand the mechanism. Experimental results showed that the optimal Gr was more beneficial than CNTs in improving the tribological properties of the CFRP composites when they were singly incorporated. It is well worth noting that the friction and wear behavior of the CNTs-filled CFRP composites were improved further when Gr was added, indicating that there is a synergistic effect between them. Tribological tests under different sliding conditions revealed that the Gr and CNTs-filled CFRP composites seemed to be the most suitable for tribological applications under higher sliding speed and load, and oil lubrication.     

PP/ PA6原位成纤复合材料II. 加工条件对性能、形态的影响

在PP/ PA 6共混物的挤出加工中分别调整加工温度、挤出机螺杆转速、牵引速率, 得到不同加工条件下的PP/ PA 6原位成纤复合材料。研究了加工条件与分散相形态、力学性能的关系。发现当螺杆转速越高、牵引速率越快、加工温度越低, 分散的PA 6纤维尺寸越小, 复合材料的力学性能越好。     

固相剪切碾磨制备尼龙12/多壁碳纳米管复合粉体及选择性激光烧结3D打印

采用固相剪切碾磨(S~3M)技术并结合冷冻粉碎制备了适于选择性激光烧结(SLS)的尼龙12(PA12)/多壁碳纳米管(CNTs)复合粉体及相应的烧结制品。采用激光粒度分析仪、扫描电镜、透射电镜、动态力学分析、傅里叶变换红外光谱分析、差示扫描量热仪等对所得PA12/CNTs复合粉体和相应SLS制品的结构与性能进行了表征。结果表明,固相剪切碾磨-冷冻粉碎制备的复合粉体颗粒以椭球形为主,平均粒径75μm,SLS加工窗口为10℃左右,满足SLS对被烧结材料的性能要求,通过加入质量分数为0.1%的流动助剂纳米SiO_2能进一步改善复合粉体的SLS加工性能。磨盘碾磨通过其强大的三维剪切力场实现了CNTs的切割及在PA12基体中的良好分散以及CNTs与PA12大分子链的接枝,显著改善了二者之间的界面相容性。此外,通过优化SLS加工参数,成功制备了表面平整、结构复杂、性能良好的PA12/CNTs烧结制品。所得PA12/CNTs烧结样品具有优良的力学性能,拉伸强度达到44.2 MPa,缺口冲击强度达到8.12 k J/m~2。     

模压工艺对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料层合板力学性能的影响

利用热模压工艺制备玻璃纤维增强聚丙烯（GF/PP）复合材料层合板,通过差示扫描量热（DSC）法试验分析,确定相变参数,运用ANSYS有限元分析,将复合材料热力学参数与温度的非线性关系定义到材料特性中,研究模压成型过程中温度场变化情况,为模压成型工艺制度的确立提供理论指导和依据。以压缩强度、层间剪切强度和冲击韧性作为力学性能评价指标,采用响应曲面法探讨和分析制备工艺对GF/PP复合材料层合板力学性能的影响,得到最优模压工艺制备参数,获得最高复合材料层合板力学性能,为GF/PP复合材料自动铺放奠定铺放工艺基础。试验结果表明:模压加热工艺参数对复合材料层合板力学性能的影响度（从大到小）依次为:热压温度、热压时间、热压压力。较优的模压加热工艺参数为:热压温度228℃、热压时间6 min、热压压力1.1 MPa,在此工艺条件下制备的GF/PP复合材料层合板,层间剪切强度为31.12 MPa,压缩强度为100.96 MPa,冲击韧性为2.27 kJ/cm2。