聚乙烯醇乳液改性对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料性能的影响

为解决汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料力学性能较差的问题,本文提出采用聚乙烯醇(PVA)乳液对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料进行改性。在优化秸秆纤维的粒径和掺入量后,采用PVA乳液与秸秆纤维和水泥进行共混成型,制备了改性后的汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料。研究了不同质量比的PVA乳液对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料的抗折强度、密度、比强度和弯曲韧性的影响,通过含水率、吸水率及红外光谱测试揭示了PVA乳液对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料的改性机制。结果表明:汉麻秸秆纤维粒径为1700 μm及掺入量为12%时,秸秆纤维对汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料的增强作用最好。随着PVA乳液质量比的增加,改性后汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料的密度逐渐减小,弯曲韧性逐渐提高。当PVA乳液质量比为4.8%时,相较于未改性的汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料,改性后的汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料抗折强度和比强度分别提高了17.17%和20.50%。通过PVA乳液改性使汉麻秸秆纤维/水泥基复合材料中秸秆纤维与水泥之间的界面得到改善,并缓解了秸秆纤维对水泥水化反应的阻碍作用。      

硅烷偶联剂对纳米羟基磷灰石表面改性的研究

采用硅烷偶联剂(KH-560)对纳米羟基磷灰石(n-HA)表面进行处理, 并研究了n-HA与KH-560的界面作用. 傅立叶红外光谱(FT-IR)以及X光电子能谱(XPS)分析表明, 偶联剂在羟基磷灰石表面黏附, 其中硅羟基(Si--OH)与磷酸氢根(HPO ^2-₄)基团之间脱水形成稳定的Si--O--P化学键, 此外, 硅羟基与HA表面--OH间亦脱水形成化学键合. 偶联处理的HA与聚碳酸酯(PC)复合后, 复合材料的力学强度与未经处理的相比有明显提高. 扫描电子显微镜(SEM)结果显示, 经处理后的HA微粒在PC中分散均匀, 两者间结合紧密, 表明无机有机复合材料间良好的界面作用是提高复合材料力学强度的重要途径.     

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%。     

Characterization of Interracial Structure of Polymer Nanocomposites

聚合物中加入纳米粒子可以制得性能更加优异的纳米复合材料,其中纳米粒子和聚合物基体间的界面结构对纳米复合材料的性能起着重要作用.综述了近些年来聚合物纳米复合材料中界面结构的表征手段,如红外光谱(FTIR)、核磁共振技术(NMR)、热重(TGA)、电子显微镜、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、小角中子散射(SANS)及小角X射线散射(SAXS)等,并对这一领域的研究进行了展望.     

可生物降解纳米羟基磷灰石/聚酯型弹性体复合材料的制备及性能

通过熔融缩聚法制备了纳米羟基磷灰石(n-HA)/聚1,2-丙二醇-癸二酸-柠檬酸酯(1,2-PPSC) 生物弹性体复合材料。用红外光谱(FTIR)和固体核磁共振光谱(13C NMR) 对复合材料的化学结构进行表征,用扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜 (TEM)对n-HA的形态及其在基体中的分散性进行表征。结果表明,n-HA与癸二酸没有发生化学反应,n-HA与1,2-PPSC基体无明显化学键生成,n-HA均匀分散在1,2-PPSC基体中。动态力学性能(DMA) 的测试结果表明,n-HA与1,2-PPSC基体之间生成了良好的界面结合。差示扫描量热(DSC)分析和DMA的测试结果表明,n-HA/1,2-PPSC复合材料玻璃化转变温度(T_g)随着n-HA质量分数的增加而降低,这是由于n-HA影响了聚合物酯化反应的进行,导致化学交联密度降低。n-HA的加入提高了复合材料的亲水性,降低了复合材料的吸水率,减缓了复合材料的降解速率。复合材料的力学性能与基体相比有明显的提高,当n-HA质量分数为20%时,复合材料的弹性模量提高11.4倍,拉伸强度提高8.2倍,且断裂伸长率基本不变。     

碳纳米管-玻璃纤维织物增强环氧复合材料的结构与性能

通过物理沉积法和静电吸附法在玻璃纤维织物(GF)表面包覆多壁碳纳米管(MWCNTs),制备GF-d-CNTs和GF-a-CNTs两种多尺度增强体,采用真空灌注工艺制备MWCNTs-GF增强环氧复合材料。采用静态、动态力学法、扫描电镜、红外光谱等分析手段,对复合材料的拉伸、弯曲、层间剪切、黏弹性和微观组成结构表征。结果表明:MWCNTs包覆于GF表面形成"倒刺"结构,并通过啮合作用增强了复合材料界面的强度和树脂韧性,提高了复合材料的玻璃化温度(Tg)等;与纯GF复合材料相比,GF-d-CNTs复合材料的拉伸强度和模量分别提高14.5%和37.9%,弯曲强度和模量分别提高26.2%和36.6%,层间剪切强度提高31.5%;GF-a-CNTs复合材料的Tg提高了8.9℃。     

碳纤维表面生长聚合物微球同时提高界面强度和韧性

碳纤维(CF)增强聚合物基复合材料(CFRPC)的界面性能是影响其性能和使用的关键因素,提高界面黏附强度常带来界面韧性损失.文中提出在CF表面进行点击分散聚合,原位生长功能聚合物粒子,同时提高CF-环氧复合材料界面强度和韧性.首先利用多巴胺(DA)对CF进行预处理,然后借助CF表面PDA,室温下进行巯基(-SH)-环氧...     

聚合物纳米复合材料界面结构的表征

聚合物中加入纳米粒子可以制得性能更加优异的纳米复合材料,其中纳米粒子和聚合物基体间的界面结构对纳米复合材料的性能起着重要作用。综述了近些年来聚合物纳米复合材料中界面结构的表征手段,如红外光谱(FTIR)、核磁共振技术(NMR)、热重(TGA)、电子显微镜、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、小角中子散射(SANS)及小角X射线散射(SAXS)等,并对这一领域的研究进行了展望。     

国家竹纤维和椰纤维增强水泥复合材料

本工作采用竹短纤维和椰壳纤维增强水泥,改善水泥基体的韧性和抗裂性,提高了韧度和强度.研究了植物纤维含量、加入乳胶成分和含水量等因素对植物纤维增强水泥复合材料性能的影响,以及植物纤维复合材料的微观破坏.     

表面粗糙度和含氧官能团对炭纤维/环氧树脂界面黏结的贡献（英文）

炭纤维（CF）与基体之间的界面黏结对CF增强聚合物复合材料的性能至关重要。为了评估机械啮合和化学键合对炭纤维增强环氧树脂（EP）复合材料界面黏附性能的贡献，分离了炭纤维的表面粗糙度和含氧官能团以研究它们对界面黏附的影响。结果表明，氨水处理提高了表面粗糙度而不改变化学性能，而电化学处理在不改变表面粗糙度的情况下提高了化学性能。采用微滴法测试了CF/EP的界面剪切强度（IFSS），并通过线性拟合得到了IFSS与表面粗糙度和氧含量之间的函数关系。结果表明，在双官能和四官能环氧树脂体系中，化学键合对于增强界面黏附的贡献因子高于机械互锁。     

新型聚合物水泥胶浆界面剂粘结性能及作用机理研究

采用新型聚合物水泥胶浆作为界面剂以提高新旧混凝土之间的粘结性能,通过拉拔粘结强度与劈裂抗拉粘结强度实验对5种不同类型的聚合物水泥胶浆界面剂的粘结性能进行了测试,并利用扫描电镜(SEM)分析研究了丁苯聚合物水泥胶浆的界面增强机理。实验结果表明,5种聚合物乳液中,丁苯聚合物水泥胶浆具有较好的拉拔粘结性能,当优选m(水泥)∶m(DB-1乳液)=3∶2时,其7d、28d拉拔粘结强度分别达到1.83MPa、2.41MPa,相比水泥净浆空白样分别提高了144%、96%;在劈裂抗拉粘结强度方面,水平方向浇筑时劈裂抗拉粘结强度相对较高,当聚合物水泥胶浆的优选m(水泥)∶m(DB-1乳液)=3∶2,水平浇筑时其28d劈拉粘结强度达到2.96MPa,明显高于不掺界面剂的试样以及掺加其它配比界面剂的混凝土试样;经过微观测试分析,丁苯DB-1聚合物水泥砂浆内部界面过渡区(ITZ)相比空白样明显致密,表明丁苯聚合物的加入有效填充了水泥基材料内部的宏观与微观缺陷,提高了界面过渡区的密实程度。     

短切纤维及预应力对玄武岩织物增强水泥基复合材料拉伸力学性能的影响

通过静态拉伸试验研究不同体积掺量的短切碳纤维、钢纤维、耐碱玻璃纤维及预应力对5层玄武岩织物增强水泥基复合材料(BTRC)拉伸性能的影响。试验结果表明:短切碳纤维、玻璃纤维可以提高基体和BTRC的开裂强度,且开裂强度随着碳纤维掺量的增加而增加;预应力使基体产生预压力,明显提高其开裂强度。短切纤维及预应力都显著提高BTRC的峰值荷载和韧性,但峰值应变基本不变;峰值荷载和韧性随着钢纤维掺量的增加而增加,体积分数为1.5vol%掺量时达到最大值;随着碳纤维掺量增加,峰值荷载和韧性先增加后减小,体积分数为1.0vol%掺量时最大。施加预应力且掺入短切碳纤维或钢纤维时,短切纤维增强的基体可以更好地承受张拉力释放后纤维束径向变形引起的环向应力,进一步提高了织物与基体界面的挤压作用力及摩擦力,从而增强效果最明显,峰值荷载分别增加50.4%和58.9%,韧性分别增加84.7%和79.5%。BTRC材料掺入短切玻璃纤维、钢纤维及施加预应力均可以增加其受力后的裂缝条数,减小裂缝间距和裂缝宽度。     

竹纤维和椰纤维增强水泥复合材料

本工作采用竹短纤维和椰壳纤维增强水泥, 改善水泥基体的韧性和抗裂性, 提高了韧度和强度。研究了植物纤维含量、加入乳胶成分和含水量等因素对植物纤维增强水泥复合材料性能的影响, 以及植物纤维复合材料的微观破坏。      

硅烷偶联剂KH550对Parylene C膜与金属铝基体结合强度的影响

采用拉开法分析了KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)偶联剂浓度对Parylene C膜与金属铝基体间结合强度的影响,采用拉曼光谱(Raman)和红外光谱(FT-IR)分析了偶联剂在膜和基体间的作用机理。研究结果表明,使用10%的KH550偶联剂可提高Parylene C膜与铝基体的结合强度到7.5MPa。其增强作用机理为KH550偶联剂的烷氧基团水解后,-Si-OH与基体的Al-O键发生化学作用生成-Si-O-Al键,-NH2能与Parylene C膜分子间形成氢键,从而使Parylene C膜与金属铝之间产生化学键桥连。     

苯酚电聚合膜修饰炭纤维表面对环氧基复合材料性能的影响

将连续炭纤维束用自制的空气梳分散成单丝状长带后, 通过采用循环伏安法的电化学方法将单体苯酚在炭纤维表面聚合成膜, 对炭纤维进行表面修饰, 以提高复合材料中炭纤维与树脂基体的界面粘结性能。红外光谱分析表明, 苯酚电聚合膜能够增加炭纤维表面的羟基、 醚键等活性官能团, 从而提高炭纤维与环氧树脂基体的界面粘结强度。与未进行表面修饰的炭纤维增强环氧树脂复合材料相比, 以聚苯酚膜修饰的炭纤维单丝带增强的环氧树脂基复合材料横向拉伸强度最大提高了90%, 纵向拉伸强度最大提高了45%, 层间剪切强度最大提高了110%。实验也表明, 将炭纤维束分散成炭纤维单丝带后能够更有效地增强复合材料的各项力学性能。      

水热法氧化石墨烯改性环氧树脂的制备与性能

以膨胀石墨(100mesh)为原料,采用改进的水热法,经超声剥离制备了氧化石墨烯(GO)。通过X射线衍射、原子力显微镜及傅里叶变换红外光谱对GO结构进行表征,进而采用两相萃取法将制得的GO萃取到环氧树脂(EP)基体中。利用X射线衍射、扫描电镜等对GO/EP复合材料的断面形貌及GO在树脂中的分散状况进行表征,并进行了力学性能测试及动态力学分析。结果表明,GO厚度约为1.4nm,复合材料的力学性能较纯环氧明显提高,GO的加入使环氧树脂冲击断面转变为塑性断裂。当GO加入量为0.25%(质量分数)时,材料的冲击强度最高,强度值为55.17kJ/m2,提高了115%;拉伸强度提高了18%;断裂伸长率增加了78%。经动态力学分析可推断,GO的加入增强了其与环氧树脂间的界面粘接性,同时影响到环氧树脂聚合网络的形成。改性后的环氧树脂韧性大幅度增加。     

生物质纤维填充聚合物复合材料的界面行为

将木粉和聚合物加入HAAKE流变仪中熔融共混制备了木粉/聚合物复合材料,对比不同木粉预处理方式(碱处理、酸处理)及相容剂改善木粉与聚合物界面相容性的效果。红外光谱(FT-IR)结果表明,碱处理木粉去除了木粉中的小分子物质,酸处理木粉使木粉表面被酯化。木粉碱处理提高了木粉/聚合物复合材料的力学性能,扫描电镜(SEM)照片表明预处理后木粉与聚合物间的相容性得到了改善。使用合适的相容剂也可以改善木粉与聚合物的相容性,提高复合材料的力学性能。同时相容剂和碱处理木粉及酸处理木粉存在协同效应。     

高分子原位复合材料的力学行为

本文研究了两种热致液晶高聚物(TLCP)及与聚碳酸酯(PC)和聚醚砜(PES)原位复合材料的拉伸与弯曲性能.TLCP在基体中形成微纤增强相,使材料的性能成倍提高.增强效果依赖于工艺条件如料温、剪切速率、粘度等,它们强烈地影响原位复合材料的刚度和强度,傅里叶杠外光谱结果表明,TLCP与基体非完全相容,界面结合不佳,导致弯曲强度提高不明显.     

表面处理玄武岩纤维增强水泥基复合材料力学性能

为提高玄武岩纤维(BF)与水泥基体的界面结合力和桥接作用,分别采用HCl溶液(0~2.0mol/L)和NaOH溶液(0~2.0mol/L)对BF表面进行刻蚀糙化处理,研究纤维表面处理对BF增强水泥基复合材料的力学性能影响规律。结果表明:随着HCl溶液浓度增加,BF/水泥复合材料抗折强度与弯曲强度均先增加后降低,挠度呈现缓慢增加趋势,而抗压强度变化幅度较小;当HCl溶液浓度为1mol/L时,BF/水泥复合材料的强度与韧性最佳;碱处理BF后,BF/水泥复合材料的力学性能随NaOH浓度增加而显著降低,且复合材料韧性无明显改善;BF经HCl溶液腐蚀后的质量保留率变化规律与NaOH溶液腐蚀后的变化规律接近,而经HCl溶液腐蚀后BF强度保留率大于NaOH溶液腐蚀后的BF强度保留率。     

含碳纳米管上浆剂的制备及对碳纤维/环氧树脂复合材料界面的影响

首先采用"Friedel-Crafts"酰化反应制备羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)并将其与环氧树脂、丙酮混合制成含MWCNTs的上浆剂,然后用该上浆剂浸渍碳纤维制备碳纳米管/碳纤维多尺度增强纤维。采用扫描电镜研究了上浆处理对碳纤维表面形貌的影响,采用短臂梁剪切测试方法研究了含碳纳米管的上浆剂对碳纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明,碳纳米管在上浆剂中的分散状态直接影响纤维表面碳纳米管分布的均匀性;与未浸渍的碳纤维相比,含碳纳米管上浆剂浸渍后的碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS提高了34.33%。通过上浆剂红外光谱表征、纤维束表面浸润性测试及ILSS试样端口形貌的观察,分析了层间增韧机理。研究表明,碳纤维束表面浸润性的提高以及碳纤维/环氧树脂界面处化学键合作用增强,是ILSS提高的主要原因。