PE⁃UHMW/海泡石纤维复合材料的力学性能与摩擦学性能研究

采用硅烷偶联剂KH550对海泡石纤维（Sep）进行了改性,采用平板硫化机通过热压成型法制备了超高分子量聚乙烯（PE?UHMW）/Sep和PE?UHMW/改性海泡石纤维（O?Sep）复合材料,并通过红外光谱仪（FTIR）、电子万能试验机、扫描电子显微镜（SEM）等对Sep 及O?Sep的表面结构和复合材料的力学性能、摩擦学性能及磨痕形貌进行了表征和测试。结果表明,O?Sep表面存在KH550分子,其在复合材料中分布比Sep更为均匀;当O?Sep含量达到6 %（质量分数,下同）时,复合材料力学性能和摩擦学性能表现最佳,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为32.1 MPa,171.2 MPa、138.3 GPa和17.62 kJ/mm²,比纯PE?UHMW分别提高了41.4 %、40.0 %、95.6 %和36.9 %;其摩擦因数和磨损量分别为0.124和 0.1 mg,比纯PE?UHMW分别提高了77.1 %和80 %。     

EP/三维编织PE–UHMW纤维复合材料的摩擦磨损性能

以三维编织超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)纤维为增强体,环氧树脂(EP)为基体,通过树脂传递模塑工艺制备了EP/三维编织PE–UHMW纤维复合材料,研究了纤维含量和载荷对复合材料摩擦系数与磨损率的影响,并采用扫描电子显微镜对复合材料磨损表面进行了分析。结果表明,随着纤维体积含量的增加,复合材料的摩擦系数和磨损率逐渐减小;随着载荷的增大,复合材料的摩擦系数逐渐减小,但磨损率增大;复合材料的磨损机制以粘着磨损为主。     

纳米抗静电无卤阻燃PE–UHMW复合材料的研制

利用偶联接枝对纳米炭黑粒子表面处理,通过反应型增容载体载附纳米炭黑,将处理后的纳米炭黑及纳米复配阻燃剂用于改性超高分子量聚乙烯(PE–UHMW),制备出纳米抗静电无卤阻燃PE–UHMW复合材料。通过体积电阻率测试、燃烧性能测试、热重分析及扫描电子显微镜分析对该材料的导电性能、阻燃性能、热性能等进行了研究。结果表明,纳米炭黑分布在PE–UHMW球晶间缝隙处和球晶内微纤间缝隙处的非晶区内,形成了纳米级双导电网络,这种立体穿插纳米尺度均匀分布,在低炭黑含量情况下就形成稳定的导电通路,起到了抗静电作用;制备的纳米抗静电无卤阻燃PE–UHMW复合材料,其燃烧时形成高效、致密、厚实的炭层,可有效地隔绝空气,起到阻燃作用。     

医用超高分子量聚乙烯/氧化石墨烯复合机理研究

石墨烯是单层碳原子构成的六边形平面结构,氧化石墨烯(GO)是石墨烯的衍生物,其二维表面布满羟基、羰基和羧基等含氧基团。本文采用GO增强医用超高分子量聚乙烯(M-UHMWPE)。利用场发射扫描电子显微镜分析复合材料的拉伸断面形貌,利用拉曼光谱仪分析复合材料拉伸变形后分子结构形态。结果表明:当GO含量为0.5%时,复合材料的拉伸断面丝状物分布整齐,片状较大,分布均匀,拉伸性能较好。在拉伸实验过程中,载荷从M-UHMWPE基体转移到GO上,GO分子结构承受主要载荷并增强了复合材料的力学性能。     

PE—UHMW纤维／环氧树脂复合材料研究

对超高相对分子质量聚乙烯(PE-UHMW)纤维进行了铬酸液相氧化和纳米二氧化硅溶胶表面涂覆的复合化表面处理，并对PE-UHMW纤维／环氧树脂复合材料进行了界面性能研究。结果表明，单纯的液相氧化和表面涂覆均可以提高复合材料的界面性能，但液相氧化处理时间过长会使纤维强度降低，而复合化处理则具有协同效应，可以不降低纤维强度而大幅度提高复合材料的层间剪切强度，是一种有效的表面处理方法。     

氧化石墨烯/超高摩尔质量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能研究

采用改进的Hummer法制备了氧化石墨烯(GO),采用溶液共混法制备出氧化石墨烯/超高摩尔质量聚乙烯(GO/UHMWPE)复合材料。研究了GO/UHMWPE复合材料的拉伸力学性能和摩擦磨损性能;通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的磨损表面,并对其磨损机理进行分析。结果表明,GO的添加提高了GO/UHMWPE复合材料的屈服强度和拉伸强度,降低了其断裂伸长率,其中,当GO质量分数为0.1%时效果最佳;GO填料改善了UHMWPE的抗磨损性能,当GO质量分数为0.1%时,磨损率最低,相比未填充时降低了38.5%。     

超临界CO_2微孔发泡PE–LLD/PE–UHMW共混物

研究了线型低密度聚乙烯(PE–LLD)/超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)共混物的超临界CO2微孔发泡行为,探讨了PE–UHMW含量、发泡温度和饱和压力对泡孔形貌的影响。采用差示扫描量热仪和旋转流变仪对PE–LLD及其共混物的热性质和流变性质进行了测试和表征,并通过扫描电子显微镜表征和分析了发泡样品的泡孔形貌。结果表明,少量PE–UHMW的加入可以显著降低PE–LLD发泡样品的孔径,增加孔密度。随着发泡温度的升高,PE–LLD样品的泡孔结构会发生塌陷现象,而加入少量PE–UHMW可以提高基体的黏度,起到支撑孔壁防止塌陷的作用,并最终得到均匀的开孔结构。另一方面,当温度一定时,饱和压力升高可以降低孔径并且得到开孔形貌的泡孔结构。     

氧化石墨烯增强环氧树脂复合材料的制备与性能

利用二乙烯三胺在氧化石墨烯(GO)表面引入氨基基团得到改性GO,然后与环氧树脂(EP)复合,制备出GO增强EP复合材料。性能测试结果表明,该复合材料具有良好的疏水性及力学性能。复合材料的吸水率随着改性GO含量增加先降低后提高,当改性GO含量为0.2%时,吸水率最低,浸泡12 d后吸水率为0.125%,与纯EP相比降低了81.48%,当改性GO含量继续增加,由于复合材料界面局部空隙的增加,吸水率反而大幅上升。复合材料的拉伸强度、冲击强度随着改性GO含量增加先提高后降低,当改性GO含量为0.05%时,拉伸强度、冲击强度最高,分别为50.94 MPa,5.78 k J/m2,相比纯EP增加了104%和90%。综合考虑,当改性GO含量为0.05%时,复合材料的分散性能、疏水性及力学性能较优。     

热拉伸过程中PE–UHMW/PE–HD共混纤维的晶体结构演变

将超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)与高密度聚乙烯(PE–HD)按照质量比为6︰4进行共混熔融纺丝,并对初生丝进行高倍热拉伸制得PE–UHMW/PE–HD共混纤维。利用广角X射线衍射、差示扫描量热、声速取向试验等方法研究了PE–UHMW/PE–HD共混纤维在热拉伸过程中的晶体结构演变过程。研究显示,随着热拉伸过程的进行,纤维的分子链沿纤维的轴向取向度逐渐增加,熔融峰温度逐渐升高,结晶度逐渐增加;沿径向的晶粒尺寸逐渐减小,而沿轴向的晶粒尺寸逐渐增加,即形成了更细长的晶粒;晶体的取向度逐渐增加。当拉伸倍数由1增大至6时,上述现象变化显著,当拉伸倍数由9增至15时,上述现象变化缓慢。与PE–HD共混后的纤维结晶度、晶体取向度和分子链取向度更高,晶粒更加细长。     

PE-UHMW／PE-HD／CNTs摩擦复合材料的制备及其摩擦学研究

主要研究了超高相对分子质量聚乙烯和高密度聚乙烯以及纳米碳管复合材料的制备工艺及其抗磨损性能，并系统地研究了复合材料中纳米碳管的质量份数、预处理方法以及摩擦对偶材料对复合材料摩擦性能的影响。结果表明，高密度聚乙烯的加入可以提高复合材料的流动性能；纳米碳管可以显著提高复合材料的抗磨损性能，其比磨损率随纳米碳管质量份数的增加而减小；对偶材料100Cr6对复合材料的比磨损率大于X5CrNil8—10；纳米碳管可以分散在复合材料中，但团聚现象仍然存在。     

超高分子量聚乙烯熔体流动性改性研究进展

介绍了超高分子量聚乙烯(PE–UHMW)的性能及成型方法,针对PE–UHMW熔体流动性差的缺点,综述了近年来PE–UHMW熔体流动改性所取得的新进展,分析了改性的原理,并指出了今后的发展方向。     

PA6/POE-g-MAH/PE–UHMW材料的制备及性能

以耐热改性组分尼龙6(PA6)为基体材料,超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)为综合性能平衡组分,增韧剂马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)为相容剂,制得PA6/PE-UHMW/POE-g-MAH三元复合材料。研究结果表明,POE-g-MAH的加入可改善PA6的韧性,但降低了PA6的拉伸强度,随着POE-g-MAH加入量增加,PA6断裂伸长率逐渐增加,当添加量为30%时,断裂伸长率达到最大值397%,拉伸强度为39 MPa。PE-UHMW组分不仅提高了复合材料的拉伸强度和韧性,同时改善了其耐水解性能。当PA6∶POE-g-MAH∶PE-UHMW=70∶30∶10时,断裂伸长率提高至477%,拉伸强度为42 MPa。通过扫描电子显微镜分析观察复合材料的微观形态,发现在PA6基体中POE-g-MAH和PE-UHMW形成"核–壳"结构,对PA6韧性的提高起到了协同作用。     

PE-UHMW异型材挤出成型有限元模拟与实验制备

根据生产需求,设计了3字形超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)异型材挤出成型流道,并建立了该异型材挤出成型有限元模型,应用有限元软件Polyflow对挤出流道内的熔体流动情况进行了有限元模拟,分析了不同壁面滑移系数、压缩比、压缩角对成型过程的影响,预测了在成型过程中不同参数可能导致的缺陷。结果表明,当模具压缩比与压缩角分别为2.5和25°、壁面滑移系数为5×106情况下,可获得较好的压力与速度分布,应用优化后的挤出模具制备了合格的PE-UHMW异型材。     

PE-UHMW树脂的冲击性能和结晶性能试验研究

利用程序控制压机对超高相对分子质量聚乙烯（PE-UHMW）树脂进行成型加工,并测试成型材料的简支梁冲击性能;针对加工工艺中的不同影响因素,通过单因素试验和方差分析考查各参数对PE-UHMW结晶性能的影响,得到了成型条件下分子链段运动、分子间自由体积以及分子间的相互作用与冲击性能的相关性;利用多因素均匀设计和逐步回归研究,确定温度为PE-UHMW树脂模压成型的最显著因素。     

氧化石墨烯/聚氨酯复合材料的制备及性能研究

采用溶液共混浇注成膜法制备氧化石墨烯/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料,并对其结构和性能进行研究。结果表明:氧化石墨烯在TPU基体材料中分散较好;随着氧化石墨烯用量(0～5份)的增大,氧化石墨烯/TPU复合材料的拉伸强度增大,拉断伸长率未明显下降;当相同用量(均为1份)的氧化石墨烯、碳纳米管、石墨和炭黑分别填充TPU时,氧化石墨烯/TPU复合材料物理性能提高幅度最大,补强性能最好。     

GO/AT复合材料的制备及其吸附性能分析

采用溶液共混法制备氧化石墨烯(GO)/凹凸棒石(AT)复合材料,探讨GO含量对复合材料吸附性能的影响,并对复合材料的组成和微观结构进行了表征和分析。结果表明,当GO/AT的质量比为3/4时,复合材料对盐酸四环素的吸附效果最佳,吸附率达到93.06%。进一步探讨了吸附时间、盐酸四环素初始浓度和溶液pH条件对复合材料吸附性能的变化,分析了复合材料吸附盐酸四环素的过程;GO/AT复合材料对盐酸四环素的吸附过程符合准二级动力学方程,其表观吸附活化能为37.19 kJ/mol,此吸附过程以静电吸附为主;对盐酸四环素的吸附行为符合Langmuir等温式,在研究的温度范围,吸附焓变(ΔHO)为7.77 kJ/mol,吸附自由能变(ΔGO)<0,吸附熵变(ΔSO)为57.62 J/(mol·K),表明该吸附是吸热、自发、熵增过程。     

炭黑、微珠粉填充PE-UHMW复合材料性能比较分析

对超高相对分子质量聚乙烯(PE-UHMW)和炭黑、微珠粉填充的PE-UHMW复合材料进行了拉伸、硬度和磨损性能试验。结果表明：炭黑、微珠粉对PE-UHMW拉伸性能和摩擦磨损性能的影响不同，两种填充材料加入PE-UHMW后，复合材料的拉伸强度和断裂延伸率有不同程度的下降。炭黑的加入会使PE-UHMW的硬度下降，但可较好地改善其耐磨性，而微珠粉的加入会使PE-UHMW的耐磨性下降。