聚亚苯基砜/石墨烯纳米复合材料的制备与性能

论文通过溶液共混法制备了化学共价功能化改性石墨烯片(f GO)掺杂的聚亚苯基砜(PPSU)纳米复合材料(PPSU/f GO)以改善PPSU的力学性能、热性能和电性能。所得材料分别通过红外光谱(FT-IR)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)、力学和电学性能测试表征了化学共价功能化改性对石墨烯的影响,以及f GO的含量对PPSU/f GO纳米复合材料的力学性能、热性能、导电性能及断面形貌的影响。研究结果表明:氧化石墨烯已成功获得功能化改性,其在溶剂中能均匀分散和剥离,厚度约为70 nm左右;加入少量的f GO(如≤1%(wt)时,f GO的分散尺寸较小,在基体中分散较均匀,并与PPSU基体有良好的界面结合,可有效发挥f GO对PPSU的增强增韧作用。PPSU/f GO纳米复合材料有较好的力学性能,其中以1%(wt)的f GO含量为最佳,其纳米复合材料的拉伸强度和抗冲击强度分别为207 MPa和72 k J?m-2,比纯PPSU分别提高了约15%和14%。当f GO含量过高时,f GO分散尺寸增大,与PPSU基体界面作用减弱,导致复合材料拉伸强度和抗冲击性能下降。随着f GO含量的增加,PPSU复合材料耐热稳定性能提高。电性能测试表明,当加入1%(wt)的f GO时,复合材料的电导率提高了近8个数量级,其导电逾渗阀值小于1%(wt)。综合考虑复合材料的力学和电性能,f GO的添加量低于1%(wt)为宜。     

原位聚合法制备PVC/地聚物复合材料

通过偶联改性偏高岭土基地聚物存在下的氯乙烯原位悬浮聚合制备聚氯乙烯(PVC)/地聚物复合树脂,研究了地聚物加入方式与用量、复合分散剂组成对复合树脂颗粒特性和理化性质的影响,同时分析了PVC/地聚物复合材料的力学和热性能.结果表明,地聚物添加量质量分数不大于4％时,采用倒加料聚合工艺和聚乙烯醇/羟丙基甲基纤维复合分散体系,可聚合得到粒径分布较窄、理化指标符合国标要求的PVC复合树脂.随着地聚物添加量的增大,PVC/地聚物复合材料的抗冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小.与未添加地聚物的PVC材料相比,地聚物质量分数为3％的PVC复合材料的抗冲击强度和拉伸强度分别提高56％和14％.地聚物对PVC热分解脱除HCl过程有抑制作用,能提高PVC的分解温度,同时地聚物的加入可提高PVC耐热形变温度.     

不同碳酸钙填充聚氯乙烯复合材料力学性能研究

用直接填充分散法(熔融共混法)将微米、亚微米、纳米、纳米包覆微米级复合(微-纳米复合)碳酸钙(CaCO_3)填充到聚氯乙烯(PVC)基体中,制备出不同配比的PVC/CaCO_3复合材料,测量并对比分析了不同复合材料体系的力学性能,计算了复合材料的界面黏结强度。结果表明:多数情况下,PVC/CaCO_3复合材料比纯PVC具有更好的力学性能;改性CaCO_3比未改性CaCO_3填充的PVC复合材料的力学性能更高;纳米包覆重质CaCO_3比普通重质CaCO_3填充的PVC复合材料的力学性能更好;在四种CaCO_3样品中,普通轻质CaCO_3和超细轻质CaCO_3填充PVC复合体系的力学性能相对较好;就界面黏结强度而言,超细轻质CaCO_3与基体树脂的界面黏结强度最高,普通轻质CaCO_3的最低,纳米包覆CaCO_3(通过化学方法在重质CaCO_3表面生成纳米级CaCO_3)与PVC基体树脂的界面黏结强度比重质CaCO_3的高,改性后的CaCO_3与基体的界面黏结强度均有所提高。     

纳米二氧化硅颗粒表面设计及其填充聚氯乙烯复合材料的性能

利用表面原位接枝聚合在纳米二氧化硅颗粒表面引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)高分子链段,用共混法制备了nano-SiO2/PVC复合材料,研究了不同界面特性时SiO2/PVC复合材料的力学性能.研究结果表明通过表面原位接枝聚合反应可以在纳米二氧化硅颗粒表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯;表面接枝PMMA的nano-SiO2/PVC复合材料在力学和加工性能等方面都优于偶联剂处理和表面未处理样品.在纳米二氧化硅颗粒填充量为0%～8%(wt)时,复合材料的拉伸强度和冲击强度随着填充量的提高先上升后下降,并在4%～6%(wt)达到最大值.经PMMA表面接枝后SiO2/PVC具有更强的界面作用,偶联剂KH570处理的次之,表面未处理样品的最差.     

环氧树脂/短切碳纤维复合材料性能研究

制备出了短切碳纤维增强TDE-85环氧树脂复合材料,研究了碳纤维的含量对复合材料力学性能和耐热性能的影响。结果表明,碳纤维的加入有利于复合材料力学性能和耐热性能的提高,并在碳纤维含量为0.25%时,复合材料的拉伸强度、冲击韧性、弯曲强度和弯曲模量达到最大,分别提高了29.33%、25.31%、30.28%和68.93%。此外,对复合材料的弯曲断裂面进行了微观形貌分析,结果表明一定量的碳纤维可以较好地分散在树脂基体中,同时,碳纤维原丝和树脂基体的界面结合比较弱,主要依赖于两相之间的物理嵌合。     

纳米CaCO_3的接枝改性及其填充PVC复合材料的性能

采用表面原位接枝聚合在纳米CaCO3颗粒表面引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚丙烯酸丁酯(PBA),用共混法制备了纳米CaC03/PVC复合材料,研究了不同界面特性时纳米CaCO,/PVC复合材料的力学性能.研究结果表明:通过表面原位接枝聚合反应可以在纳米CaCO3颗粒表面接枝PMMA和PBA;表面接枝聚合改性大大促进了纳米CaCO3粒子在PVC基体中的分散行为,增加了复合材料的拉伸强度以及与聚合物的界面粘接强度,但复合材料的冲击强度有所下降.     

活性高岭土和NBR复合增韧PVC/CPE体系的性能研究

采用高温煅烧和偶联剂改性方法获得活性高岭土 ,并将其与NBR、PVC、CPE进行共混实验。分别对不同配方复合材料的缺口冲击强度、拉伸强度和熔体粘度及加工塑化时间进行了测定。结果表明适量的活性高岭土不仅具有填充性能 ,而且与NBR能复合增韧增强PVC/CPE体系 ,并改善加工性能 ,当活性高岭土 /NBR/CPE/PVC =16 /8/4/10 0左右 ,复合材料在成本、力学性能和加工性能方面表现出较好的综合性能。     

活性高岭土的NBR复合增韧PVC／CPE体系的性能研究

采用高温煅烧和偶联剂改性方法获得活性高岭土,并将其与NBR、PVC、CPE进行共混实验。分别对不同配方复合材料的缺口冲击强度、拉伸强度和熔体粘度及加工塑化时间进行了测定。结果表明适量的活性高岭土不仅具有填充性能,而且与NBR能复合增韧增强PVC／CPE体系,并改善加工性能,当活性高岭土／NBR／CPE／PVC＝16／8／4／100左右,复合材料在成本、力学性能和加工性能方面表现出较好的综合性能。     

剑麻-PVA混杂纤维增强地聚物抗硫酸盐侵蚀性能研究

为改善地聚物的高脆性和抗折强度低的固有缺陷,采用剑麻纤维与聚乙烯醇纤维(PVA)对偏高岭土(MK)基地聚物进行强化,研究不同纤维掺量对地聚物力学性能的影响以确定最佳配比,通过抗压与抗折强度测试、扫描电子显微镜分析(SEM)、压汞仪分析(MIP)、X射线衍射分析(XRD)等方法综合分析经硫酸盐溶液侵蚀后纤维增强地聚物的力学强度、微观结构及表面形貌以评价其耐久性能.结果表明,掺入纤维可大幅提升地聚物力学性能,配比为98.75wt％的MK、0.5wt％的PVA和0.75wt％的剑麻纤维制备得到的纤维增强地聚物的抗压、抗折强度最高且最稳定;纤维的掺杂可提高地聚物的抗硫酸盐侵蚀性能;在不同浓度硫酸盐溶液和养护条件下地聚物的晶相组成出现差异,产生硫酸钠盐晶体;相比于低浓度硫酸盐侵蚀条件,经高浓度硫酸盐侵蚀的地聚物产生更多的裂纹和孔隙,抗压强度下降更明显.     

聚氯乙烯/纳米氧化铝复合材料的制备与性能

利用硅烷偶联剂（KH 550）对纳米氧化铝进行有机化处理,并通过熔融共混制备了聚氯乙烯/纳米氧化铝复合材料。通过红外分析对纳米氧化铝进行了表征,采用扫描电子显微镜观察了纳米氧化铝在聚氯乙烯树脂中的分散状况,并对复合材料的热性能和力学性能进行了研究。结果表明,经过表面改性的纳米氧化铝粒子在PVC基体中分布均匀;加入纳米氧化铝改善了复合材料的热性能和力学性能;当纳米氧化铝含量为3.0 %（质量分数,下同）时,复合材料的拉伸强度和冲击强度相对于纯聚氯乙烯材料分别提高了16.25 %和20.27 %。     

纳米碳酸钙性质对聚氯乙烯复合材料界面及性能的影响

选择了不同的表面处理剂对纳米CaCO₃进行表面改性. 研究了不同表面处理剂对CaCO₃/PVC纳米复合材料微观结构、界面结合强度、力学性能及加工性能的影响.研究表明,钛酸酯偶联剂处理可使纳米CaCO₃颗粒在PVC基体中达到良好分散,明显改善纳米CaCO₃颗粒与PVC基体之间的界面结合,并提高其界面结合强度.力学性能和流变性能研究表明,钛酸酯处理的纳米CaCO₃填充PVC具有更高的拉伸强度、冲击强度以及更低的平衡转矩, 而且CaCO₃/PVC复合材料的冲击韧性在填充量为20%(mass)时达到最大值26.5 kJ•m^-2,是纯PVC的4倍.     

埃洛石纳米管对PVC/CPE复合材料性能的影响

制备了PVC/CPE/埃洛石纳米管（HNTs）复合材料,研究了HNTs对PVC/CPE复合材料力学性能、微观形貌及热性能的影响.结果显示,HNTs对PVC/CPE材料的增韧效果与基体的韧性及HNTs的添加量有关.当基体韧性较低时,添加少量的HNTs可显著提高PVC/CPE的冲击强度,同时,材料的拉伸强度、弯曲强度和热性能也得到一定的提高.当m（PVC）∶m（CPE）∶m（HNTs）=100∶ 3∶3时,复合材料的冲击强度可达22.17 J/m2,为纯PVC基体树脂的3.4倍,复合材料的冲击断面较粗糙,HNTs在基体中分散较均匀.     

TiO2纳米粒子增强超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯复合材料的性能

利用硅烷偶联剂KH570对TiO₂纳米粒子进行表面改性,然后制备塑化超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)/TiO₂复合材料,最后通过密炼-模压法制备不同含量和粒子尺寸的TiO₂纳米粒子增强PE-UHMW/高密度聚乙烯(PE-HD)复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示热扫描量热仪、万能试验机、流变仪表征测试复合材料的微观结构、结晶、力学及流变性能。结果表明,低含量的Ti O₂纳米粒子(质量分数0.1%)能在聚合物基体中分散良好,使复合材料的力学性能、结晶度及流动性均有显著提升;随粒子尺寸增加,材料强度和刚度降低,断裂伸长率和熔体剪切黏度先增加后降低。然而,高含量粒子分散困难、易形成大的聚集体,导致复合材料性能下降。当TiO₂纳米粒子尺寸为5～10 nm、质量分数为0.1%时,复合材料展现出优异的力学性能和加工性能,拉伸强度和拉伸屈服强度分别高达58.21 MPa和44.53 MPa,且熔体剪切黏度下降19.7%。     

拉伸形变支配的PLA/PCL复合材料制备及性能研究

由体积拉伸形变支配的新型聚合物成型加工设备,具有加工热历程短,分散混合效果好等特点。采用偏心转子挤出机制备聚乳酸/聚己内酯(PLA/PCL)复合材料,可以保持PLA和PCL良好的生物可降解性能,并在降低加工温度的同时提高两相体系共混物的混合效果。通过研究不同PCL质量分数对PLA/PCL复合材料力学性能、微观形貌、热稳定性的影响。结果表明,随着PCL含量的增加,复合材料的拉伸强度逐渐下降,而冲击性能和断裂伸长率呈先上升后下降的趋势。当PCL的含量达到20%时,复合材料的断裂伸长率和冲击强度达到最大值。通过观察复合材料的微观结构,可以看到PCL在拉伸流场的作用下在PLA基体中呈液滴状均匀地分散,与传统挤出机相比,PLA/PCL共混体系中分散相粒径的平均尺寸更小,且分散更加均匀。这说明体积拉伸形变为主的偏心转子挤出机可以较好地提高复合材料的综合性能。     

体积拉伸形变对PLA/PBS共混物结构与性能的影响

采用基于体积拉伸形变的叶片塑化挤出机与传统单螺杆挤出机分别制备不同组分的聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯(PLA/PBS)原位增强复合材料,并对复合材料的力学性能、热失重行为和微观结构进行研究。结果表明,与单螺杆挤出机加工的复合材料相比,叶片挤出机加工的复合材料具有更加优异的拉伸和冲击性能,后者的冲击强度比前者最大增长70.64%,并且具有更好的热稳定性;扫描电子显微镜照片显示,后者的分散相PLA取向成为纤维棒状结构,并均匀分散于基体中;体积拉伸形变支配的叶片挤出加工可显著提升复合材料的综合性能。     

纳米SiO_2改性环氧树脂胶粘剂的研究

选择纳米 SiO_2 作为增强材料改性环氧树脂基体, 以物理分散法将纳米 SiO_2 分散在环氧树脂中。通过力学性能测试和热稳定性能测试, 研究了不同含量的纳米 SiO_2 对改性环氧树脂胶粘剂的热性能、拉伸性能和冲击性能的影响; 通过 NOL环测试和扫描电子显微镜(SEM) 分析, 研究了不同含量的纳米 SiO_2 对国产芳纶纤维/改性环氧复合材料的界面性能和层间剪切强度的影响。实验结果表明, 基体树脂中当 w( 纳米SiO_2)=3%时, 改性环氧树脂胶粘剂的拉伸强度和冲击强度分别提高了 28.8%和 22.6%, 复合材料的层间剪切强度(ILSS) 达到最大值, 比未改性胶粘剂提高约 56.8%。     

氯醇橡胶改性PVC的研究

通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和差示扫描量热计(DSC)研究了聚氯乙烯(PVC)与均聚型氯醇橡胶(CHR)的相容性,发现两者具有部分相容性。考察了CHR及重质CaCO_3用量对PVC的力学性能和加工性能的影响。结果表明,在PVC中加入少量CHR,不仅可明显地提高PVC的冲击强度,而且可缩短其塑化时间,降低其熔体粘度;共混物的拉伸强度和加工性能则随CaCO_3用量的增加而降低。     

ABS接枝共聚物对PVC树脂的增韧改性

对聚氯乙烯(PVC)/丙烯腈-苯乙烯-丁二烯接枝共聚物(ABS)共混物的脆韧转变、相形态以及动态力学性能进行研究。将不同摩尔质量的PVC与ABS熔融共混制备测试样品。结果表明:低摩尔质量PVC共混物比高摩尔质量PVC共混物的脆韧转变出现时所需的橡胶含量低。在体系中加入增塑剂DOP后,测试结果得到明显改善。通过透射电镜观察发现,高摩尔质量PVC共混物中存在未完全塑化的PVC,其相区尺寸大于PVC初级粒子的尺寸。并得出PVC与SAN部分相容,不影响橡胶粒子在基体中的均匀分散。     

三聚氰胺减水剂对碱激发超细偏高岭土基地质聚合物流动性和力学性能的影响

以超细偏高岭土(UMK)为原材料,研究了三聚氰胺减水剂(MWR)对碱激发偏高岭土基地质聚合物的流动性能和力学性能的影响.采用流变学方法表征地聚物净浆的流动性,结合凝结时间实验、含水率实验和力学性能实验研究了MWR在地质聚合反应中的作用.通过SEM、FTIR和XRD等分析手段研究反应产物的微观形貌、化学结构和矿物组成,以揭示MWR的作用机理.结果 表明,MWR与UMK相容性不好,MWR掺量为2wt％和4wt％时对地聚物净浆的流动性有一定改善,但掺量6wt％时明显促进了净浆的流动度损失.MWR的掺入改变了地聚物的孔隙结构,促进了水分的散失,从而使抗压强度随MWR掺量的增大而先减小后有所回升.     

基体树脂对长玻璃纤维增强PP力学性能的影响

采用在线混合设备制备了长玻璃纤维(LGF)增强聚丙烯(PP)复合材料(LGF-PP),研究了基体性质及界面相容剂对LGF-PP力学性能的影响。基体树脂熔体流动速率的增加,使最终LGF-PP中的玻璃纤维长度从5.63 mm增至8.56 mm,提高了力学性能。与均聚PP比较,以共聚PP为基体树脂的LGF-PP冲击强度高出约10%,但其他性能略差。界面相容剂有利于增强玻璃纤维与PP的界面结合,拉伸强度和拉伸模量明显增加,但是冲击强度降低了20%～30%。