天然橡胶/炭黑/多壁碳纳米管复合材料的结构与性能研究

采用乳液混合共沉得到天然橡胶(NR)/多壁碳纳米管(MWNTs)母胶,母胶依次与硅烷偶联剂、天然橡胶、炭黑(CB)、硫磺等混炼、硫化得到NR/CB/MWNTs复合材料。MWNTs分散在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)水溶液中,SDBS吸附在MWNTs表面使MWNTs稳定分散在水中。MWNTs悬浮液与NR乳液混合后,MWNTs随NR一起絮凝沉淀。为提高MWNTs与NR基体的界面粘结,母胶与偶联剂混炼后再与其他组分混炼。分散在母胶中的MWNTs与各混炼组分充分混合使MWNTs均匀分布于NR/CB/MWNTs复合材料中。MWNTs的均匀分散、MWNTs与NR的界面粘结以及MWNTs与CB的协同增强效应使NR/CB/MWNTs复合材料获得较高的力学性能、动态储能模量、玻璃化转变温度、导电性和导热性。     

尼龙短纤维增强天然橡胶复合材料的性能研究

采用液体橡胶对尼龙纤维进行改性,再用超声对纤维进行处理,将处理后的尼龙短纤维(NSF)和天然橡胶(NR)制成母炼胶,再制得NSF/NR硫化胶复合材料。考察了液体橡胶、超声处理对纤维的改性效果及对NSF/NR硫化胶复合材料的力学性能的影响。实验结果表明:采用端羟基聚丁二烯(CTPB)浸渍,并超声处理7h,纤维与橡胶界面得到改善,提高了相容性,力学性能进一步提高,制得的NSF/NR硫化胶复合材料与未经改性处理的硫化胶复合材料相比,拉伸强度达到24.87MPa,提高了21.67%;断裂伸长率达到1061.190%,提高了17.16%;100%定伸应力达到3.944MPa,提高了30.38%;300%定伸应力达到7.138MPa,提高了13.66%;撕裂强度达到60.830kN/m,提高了5.41%。     

偶联剂Si747原位改性单分散SiO_2/天然橡胶复合材料的结构与性能

采用偶联剂Si747在液相体系中分别对自制单分散白炭黑(SiO_2)和市售沉淀法白炭黑(SiO_2)表面进行改性,利用乳液共混技术制备SiO_2/天然橡胶(NR)复合材料。利用橡胶加工分析仪、DMA、SEM等测试手段对偶联剂Si747改性SiO_2/NR复合材料的结构和性能进行表征。结果表明,在硫化特性方面,与未改性SiO_2相比,偶联剂Si747改性SiO_2/NR复合材料的焦烧时间和工艺正硫化时间均缩短,促进了橡胶的硫化过程,其中改性前后单分散SiO_2/NR硫化胶的焦烧时间和工艺正硫化时间均比沉淀法SiO_2/NR硫化胶长;与未改性单分散SiO_2/NR硫化胶相比,改性单分散SiO_2/NR硫化胶的拉伸强度提高了17.4%,回弹性和耐磨性分别提高了9.5%和32.6%,压缩生热降低了24.3%;与改性沉淀法SiO_2/NR硫化胶相比,改性单分散SiO_2/NR硫化胶的Payne效应最低,填料的分散性更高,填料网络结构更弱;改性单分散SiO_2/NR硫化胶抗湿滑性略低于改性沉淀法SiO_2/NR硫化胶,但滚动阻力更低,更节省能源。     

环氧化天然橡胶改性石墨烯-炭黑/天然橡胶复合材料的制备及性能

以环氧化天然橡胶(ENR)为界面改性剂,制备了石墨烯-炭黑/天然橡胶-ENR(GR-CB/NR-ENR)复合材料,研究了ENR用量对GR-CB/NR-ENR复合材料的加工性能、力学性能和动态力学性能的影响。结果表明,ENR的加入可以改善GR-CB/NR-ENR复合材料的加工性能及CB粒子在天然橡胶基体中的分散性,增加GR与NR的相容性,增强填料与NR基体间的界面相容性,同时改善GR-CB/NR-ENR硫化胶的动态力学性能、物理性能和耐老化性能。当ENR添加量为6 wt%时,GR-CB/NR-ENR复合材料撕裂强度和拉伸强度最高,硫化胶耐老化性最好。随着ENR含量的增加,GR-CB/NR-ENR复合材料的压缩疲劳温度先升高后降低;随着应变的不断增大,GR-CB/NR-ENR复合材料的储能模量G'不断减小,损耗因子tanδ先增大后减小;动态模量随着应变的增加急剧下降。      

纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料的制备及界面改性

采用热压成型法制备纺织结构碳纤维增强聚醚醚酮(CFF/PEEK)航空热塑性复合材料。通过对碳纤维(CF)进行去浆、活化,及采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)进行表面涂层,显著提高了CFF/PEEK复合材料的层间剪切强度。讨论了热压温度、压力等工艺参数对材料综合力学性能的影响规律,确定优化工艺条件,制备的复合材料拉伸强度和弯曲强度分别达到714.29 MPa和955.84 MPa。借助扫描、金相显微镜等观察手段,发现经过界面改性处理后,复合材料断裂发生在基体内部而非界面处,基体与增强体浸润性和结合性良好。     

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%。     

基于碳纤维表面修饰制备碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)热塑性复合材料

碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)复合材料是重要的热塑性航空复合材料,其难点为提高碳纤维(CF)与基体的浸润性及界面强度。探讨了CF表面修饰对CFF/PPS界面结合强度的影响,对比了热处理去浆及三种表面修饰剂对碳纤维单丝及CFF/PPS复合材料的改性效果。采用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、单丝强度测试、复合材料静力学测试和动态力学分析等手段对CF表面修饰效果进行评价,建立了基于CF表面修饰制备高性能CFF/PPS热塑性航空复合材料的方法。制备的复合材料层间剪切强度达91.4MPa,弯曲强度953.7MPa,拉伸强度797.4MPa,模量68.4GPa,冲击强度58.3kJ/m2,用SEM观察到CF表面包覆大量PPS树脂。     

高性能T800碳纤维复合材料树脂基体

在分析T800 碳纤维表面上胶剂的基础上, 系统研究了适用于制备高性能T800 碳纤维复合材料的树脂基体, 测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能, 研究了树脂基体对T800 碳纤维复合材料界面性能的影响。结果表明, T800 碳纤维表面上胶剂中酯基含量较高, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性, 经复配和优化的树脂体系其T800 碳纤维复合材料的层间剪切强度达到138 MPa , NOL 环拉伸强度达到2530MPa , 玻璃化温度( Tg ) 达到213 ℃, 具有优异的界面性能和耐热性能。      

改性纳米金刚石对橡胶补强性能的研究

采用高温氧化的方式对炭黑N330、纳米金刚石(ND)、螺旋纳米碳纤维(CCNFs)3种填料进行表面改性,分别填充天然橡胶。采用扫描电子显微镜、拉伸实验及结合胶量对比研究填料改性前后对天然橡胶的补强性能。结果表明,改性ND与天然橡胶的配合比为1:2条件下,制得的结合胶的屈服强度达到1.68MPa,伸长率达到350.35%,抗拉强度达到1.76MPa,最大力值达到4.18N,具有较好的力学性能。     

改性白炭黑/天然橡胶复合材料的制备及性能

采用双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si69)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、乙基三甲氧基硅烷(11-100)对白炭黑进行表面改性,并制备改性白炭黑/天然橡胶复合材料。利用红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、扫描电镜、橡胶加工分析仪等测试手段对改性白炭黑及改性SiO_2/NR复合材料的结构与性能进行了表征,并研究其硫化性能及力学性能。结果表明,经FT-IR、TG分析,3种硅烷偶联剂已成功接枝到白炭黑表面;改性SiO_2/NR复合材料相对于未改性SiO_2/NR,焦烧时间变长,正硫化时间缩短,结合胶含量增大;改性SiO_2/NR与未改性SiO_2/NR相比其定伸应力、撕裂强度明显提高,但断裂伸长率有所减小;改性白炭黑在天然橡胶基体中的分散性明显提高,其中Si69-SiO_2在天然橡胶基体中的分散性最好;Si69-SiO_2/NR复合材料的滚动阻力与生热最低;改性后的SiO_2/NR复合材料的拉伸断面粗糙程度增加。     

高岭土/白炭黑并用填充天然橡胶复合材料的性能

以高岭土和白炭黑作为增强剂,采用熔融共混法制备了一系列的天然橡胶(NR)复合材料,并对其微观结构、气体阻隔性能和力学性能进行了表征.结果表明,改性高岭土(MK)以片层结构,白炭黑(PS)以球状结构,均匀分散于NR基体之中;MK与PS单独填充NR时,随着MK填充量的增加,NR复合材料的气体阻隔性能逐渐提高,而且MK的增强...     

Modified phosphate pigments as high performance reinforcing materials for rubber vulcanizates

This study is focusing on the synthesis of novel modified micronized phosphate pigments as reinforcing materials for the vulcanizates of styrene-butadiene rubber (SBR), natural rubber (NR) and their blends. The metal phenyl phosphate pigments were prepared via co-precipitation process from the reaction of equimolar ratios of the disodium phenyl phosphate solution and the water soluble salts of the investigated metals. The white prepared phosphate pigments were introduced in the rubber formulations to replace carbon black the highly common and commercial reinforcing material in rubber vulcanizates. The rheometric characteristics, physico-mechanical properties in addition to the accelerated aging properties of the rubber vulcanizates were investigated, discussed and interpreted in the light of previous studies. The results showed that, phenyl phosphate pigments exercised a great effect on the rheological characteristics (scorch time, cure time…etc.), and achieved high performance and pronounced mechanical properties. The stress and strain at yield and at rupture of the loaded rubber with modified phosphates are better than that loaded with carbon black and Hisil e.g. tensile strength data were (20.0–23.4), 18.01 MPa and 15.05 for rubber blend vulcanizates loaded with 30 phr of modified phosphate pigments, carbon black and Hisil, respectively.     

废胶粉的表面处理及在天然橡胶中的应用

采用硅烷偶联剂KH550对废胶粉进行表面处理,并将处理后的废胶粉与天然橡胶复合制备WRP/NR复合材料。借助L16(45)正交试验及单因素试验,探讨了废胶粉目数、废胶粉用量、硅烷偶联剂KH550用量对复合材料力学性能的影响;对处理后的废胶粉表面和橡胶拉伸试样断裂面进行了扫描电镜(SEM)观察;并通过热重分析研究了天然橡胶和复合材料的热降解性能。结果表明:当废胶粉目数为80目,废胶粉用量为10%,硅烷偶联剂KH550用量为1.5%时,复合材料的力学性能最优,拉伸强度为27.89MPa。SEM结果表明废胶粉表面粗糙度增大,比表面积增大,与NR基体的相容性得到了提高。而热重分析表明改性废胶粉的加入对天然橡胶的热稳定性能影响不大。     

纳米介孔MCM-41-M/偶联剂体系对天然橡胶性能的影响

制备了天然橡胶(NR)/MCM-41-M、NR/偶联剂化学改性纳米介孔MCM-41-M、NR/MCM-41-M/偶联剂复合材料,研究了不同含量的MCM-41-M、不同种类偶联剂对MCM 41-M的改性以及偶联剂的添加方式对NR复合材料性能的影响.结果表明;MCM-41-M在NR中有明显的补强作用,当代替3份炭黑时NR基复合材料的拉伸强度达到最大值,比纯NR提高了12.7%。与MCM-41-M和KH-570直接添加到NR中相比,MCM-41-M经偶联剂KH-570改性使拉伸强度提高了50%。将MCM-41-M用偶联剂KH 570改性后添加到NR中,使NR的玻璃化转变温度升高、玻璃化转变区的损耗角减小、储能模量提高到最大。     

纳米粘土/炭黑双相填料对天然橡胶性能的影响

以有机纳米粘土替代部分炭黑,在材料内部引入形状各向异性的纳米片层,制备天然橡胶/炭黑/纳米粘土复合材料,研究了粘土含量对复合材料静态力学性能、动态力学性能、热稳定性、老化性及拉伸疲劳性能的影响。结果表明,以少量有机纳米粘土(2 phr～6 phr)替代部分炭黑可提高天然橡胶的硫化效率,增强复合材料的静态力学性能,降低动态损耗因子,提高复合材料的热稳定性、耐热空气老化性能及拉伸疲劳性能。与纯炭黑试样相比,复合材料拉伸强度最高提高91%,拉伸疲劳寿命提高31%,达55万次。     

Synthesis and characterizations of modified expanded graphite/emulsion styrene butadiene rubber nanocomposites: Mechanical,dynamic mechanical and morphological properties

The present research work demonstrated the reinforcing effect of expanded graphite (EG) and modified EG (MEG) with and without carbon black (CB) on the physical, mechanical and thermo-mechanical properties of emulsion polymerized styrene butadiene rubber (SBR) vulcanizates. In separate batches, EG and MEG flakes with and without CB were incorporated into the SBR by melt blending. The microstructures of the nanocomposites were precisely characterized by wide angle X-ray diffraction (WAXD) analysis and high resolution transmission electron microscope (HR-TEM). EG and MEG filled SBR compounds showed improvement in the curing features, mechanical, thermal and dynamic mechanical properties than their respective controls.     

天然橡胶-氢化丁腈橡胶的共硫化及性能研究

天然橡胶(NR)和氢化丁腈橡胶(HNBR)因不饱和度和极性的差异,存在硫化速度不匹配、填料分散等问题,难以实现两胶的并用。本文通过先制备不同硫黄/促进剂比例的NR和HNBR母炼胶,再将母炼胶并用制备NR/HNBR复合材料,解决了NR和HNBR共硫化的问题。研究了NR/HNBR的相态结构和填料在NR和HNBR两相的分散状态,结合相态结构和填料分散分析了NR/HNBR并用比对复合材料硫化特性、动静态力学性能、耐磨性和压缩温升的影响。结果表明:并用HNBR的复合材料混炼胶的门尼黏度增大,焦烧时间和正硫化时间缩短;随着HNBR含量增加,HNBR相的尺寸增大,硫化胶的硬度及100%和300%定伸应力增加,拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率和拉断永久变形减小,耐磨性和抗湿滑性提高,压缩疲劳温升增大。     

激光对碳纤维及碳纤维/环氧树脂复合材料性能影响

采用高能激光束对聚丙烯腈（PAN）基碳纤维进行表面改性。利用SEM、EDS、FTIR、XRD、万能试验机等表征手段,对改性前后碳纤维微观形态、成分变化、物相结构、力学性能进行表征,系统地研究了激光束对碳纤维微观组织变化、性能变化等的影响规律,探索激光束对碳纤维的作用机制。结果表明,碳纤维经激光表面改性后,其表面的粗糙度和比表面积增加,碳纤维的浸润性得到提升,且激光束的功率越高、扫描速度越低,碳纤维浸润性越好。改性后的碳纤维化学成分、微观结构及官能团种类没有改变;改性后的碳纤维官能团种类没有改变,说明激光改性过程主要以物理过程为主;激光改性没有改变碳纤维的微观结构,改性后微晶尺寸略有减小,有利于改善碳纤维与环氧树脂的界面黏结性能。激光表面改性碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度和冲击强度均有不同程度的提高,当碳纤维质量分数为0.2wt%、激光改性功率为150 W时,碳纤维/环氧树脂复合材料的拉伸强度提高了59%,冲击强度提高了52%。     

Interfacial shearing strength and reinforcing mechanisms of an epoxy composite reinforced using a carbon nanotube/carbon fiber hybrid

The performance of a composite material system depends critically on the interfacial characteristics of the reinforcement and the matrix material. In this study, the interfacial shearing strength (IFSS) of a composite with an epoxy matrix and a novel carbon nanotube/carbon fiber (CNT/CF) multi-scale reinforcement was determined by single fiber-microdroplet tensile test, and the interfacial reinforcing mechanisms of the composite were discussed. Results show that the IFSS of the epoxy composite reinforced by CNT/CF is as high as 106.55 MPa, which is 150% higher than that of the as-received T300 fiber composite. And the main interfacial reinforcing mechanisms of this novel composite could be interpreted as chemical bonding, Van der Waals binding, mechanical interlocking, and surface wetting.     

纳米二氧化硅补强可生物降解聚酯弹性体的制备与性能

通过原位聚合和界面改性,制备出SiO2含量0phr～20phr(质量份数)的纳米SiO2/聚(癸二酸-丙三醇-柠檬酸)酯复合材料,并研究了其结构与性能。力学性能测试结果表明,改性纳米SiO2对弹性体表现出了优异的补强效果,拉伸强度可从0.9MPa提高到5.3MPa;扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表明,SiO2以纳米网络状态分散于基体中,与基体间界面结合良好;X射线衍射(XRD)谱图从分子短程相互作用的角度反映出SiO2的存在不利于有序结构的生成;差示扫描量热(DSC)曲线显示,随SiO2含量增加,材料的Tg向低温方向移动;降解性能测试表明,SiO2的加入有助于调节材料的降解速度。