纳米SiO2/玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料的制备和耐久性能研究

首先,利用上浆法,将改性纳米SiO_2与玄武岩纤维复合;然后利用手工铺料法,制备了纳米SiO_2/玄武岩纤维增强环氧树脂层状复合材料(S-BF/EP)。利用SEM对改性玄武岩纤维和玄武岩纤维/环氧树脂层状复合材料的表面形貌和界面形貌进行了研究;利用FT-IR、TGA和万能力学试验机对复合材料的分子结构、热解性能和耐久性能进行了研究。结果表明,纳米SiO_2成功被偶联剂改性,并均匀附着在玄武岩纤维表面,玄武岩纤维表面的粗糙度被有效地改善;S-BF/EP层状复合材料内纳米SiO_2对应的Si-O-Si键收缩振动,使得S-BF/EP层状复合材料比空白EP样品多出1 107和803 cm~(-1)两个振动峰;S-BF/EP层状复合材料降解温度比EP材料高10℃,其在建筑材料应用方面更有优势;S-BF/EP层状复合材料的抗拉强度和抗弯强度分别为489和987 MPa,均高于环氧树脂材料样品的368和795 MPa;经过95℃湿热老化后,S-BF/EP层状复合材料抗拉强度和抗弯强度性能损失分别为23.9%和9.6%,明显低于空白EP样品的32.9%和36.6%;断裂面SEM分析表明,S-BF/EP层状复合材料中纤维与环氧树脂基体结合紧密,未发现裂纹或者缝隙。     

氧化石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备与性能

氧化石墨烯(GO)是石墨烯重要的衍生物之一,通过氧化和超声波分散制备了GO纳米片/环氧树脂复合材料。采用XRD、拉曼光谱、FTIR和TEM表征了GO纳米片的结构与形貌,研究了GO纳米片用量对GO纳米片/环氧树脂复合材料热稳定性、力学性能及介电性能的影响。结果表明:GO纳米片的加入提高了GO纳米片/环氧树脂复合材料失热稳定性;随着GO纳米片填充量的增加,GO纳米片/环氧树脂复合材料的冲击强度和抗弯性能先提高后降低,其介电常数和介电损耗则先减小后增加。GO纳米片填充量为0.3wt%的GO纳米片/环氧树脂复合材料的失重5%时的热分解温度由纯环氧树脂的400.2℃提高到424.5℃,而冲击强度和弯曲强度分别在GO纳米片填充量为0.2wt%和0.3wt%时达到最大,冲击强度由纯环氧树脂的10.5kJ/m2提高到19.7kJ/m2,弯曲强度由80.5 MPa提高到104.0 MPa。     

兼具阻燃和导热性能的环氧树脂复合材料：石墨烯纳米片杂化三聚氰胺磷酸盐的作用

研发制备低成本、少缺陷及高效率的石墨烯纳米片杂化阻燃剂对实现复合材料多功能性具有重要意义。以三聚氰胺为助剥离剂将微粉石墨(GRA)经机械球磨后与磷酸液相反应得到一种阻燃导热的石墨烯纳米片杂化三聚氰胺磷酸盐(GMP),在表征GMP形貌、结构、组成和热稳定性的基础上,研究了添加GMP环氧树脂(EP)复合材料的阻燃、热分解和导热性能。GMP的热失重分析结果表明：与三聚氰胺磷酸盐(MP)相比,初始分解温度提升了29.3℃,与环氧树脂的热分解温度更匹配,有助于提高阻燃效率。氧指数仪、锥形量热仪和导热性能研究表明,GMP添加30wt%时,EP复合材料的极限氧指数达到了30.4%,UL 94垂直燃烧达到V-0级,峰值热释放速率(PHRR)和峰值烟释放速率(PSPR)分别下降69%和74.0%;导热系数提升至2.10 W·m^-1·K^-1,相对于EP提升了708%。这是由于GMP中石墨烯纳米片(GNPs)与MP的相互作用促进了EP形成了致密的膨胀炭层,有效提高了EP复合材料的阻燃性;随着GMP添加量的增加,GNPs和石墨微片传热通道的形成改善了EP复合材料的导...     

多巴胺修饰氮化硼对环氧树脂复合材料性能的影响

通过多巴胺(DA)和聚乙烯亚胺(PEI)共沉积,在纳米氮化硼(BN)表面引入氨基和羟基等活性基团,增强BN与环氧树脂(EP)基体之间的应力载荷传递。采用热失重分析仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪、X射线光电子能谱(XPS)仪及场发射扫描电子显微镜(FSEM)表征了BN纳米片的结构和形貌,研究了其对环氧树脂拉伸强度、断裂韧性以及热稳定性的影响。结果表明,改性BN/DA-PEI纳米片的加入,提高了EP的热稳定性和动态力学性能;与纯EP相比,含有1%(质量分数) BN/DA-PEI的环氧树脂复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和临界应力强度因子(K_(IC))值分别提升了43. 3%、30. 8%和129. 7%; EP/BN-DA-PEI复合材料的初始储能模量比纯EP提高了1 063 MPa,玻璃化转变温度(T_g)从167℃升高到178℃。     

PA6/SiO_2纳米复合材料的制备及性能研究

以可反应性纳米SiO_2为填料,通过原位聚合法制备了聚酰胺6(PA6)/SiO_2纳米复合材料。利用透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪(TG)、红外光谱分析仪(FT-IR)、差热扫描量热仪(DSC)和X-射线衍射仪研究了纳米SiO_2的分散行为、界面强度、热稳定性能和结晶熔融行为等。设定纳米SiO_2的加入时间,探讨纳米SiO_2与PA6基体间的界面结构对复合材料性能的影响。结果显示,纳米SiO_2表面的反应性氨基能够与PA6分子链作用,形成强的界面效应;纳米SiO_2的异相成核作用,提高了PA6的结晶度;显著提高了PA6的力学性能;对基体材料的结晶熔融行为的影响较小。     

纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的制备方法与性能关系

采用超声分散、机械剪切搅拌和纳米SiO_2粒子表面处理等多种分散工艺,制备了纳米SiO_2/环氧树脂复合材料。采用SEM、电子拉力机、粘弹谱仪和脉冲声管测试系统分别研究了纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的微观结构、拉伸性能、动态力学性能和水声性能。结果表明,超声波分散法以及预处理法能够将纳米SiO_2粒子均匀分散在环氧树脂基体中,并且SiO_2粒子呈纳米尺度分布在环氧基体中。相对纯环氧树脂材料,纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的拉伸强度提高了5%—30%,伸长率提高了2%—14%;储能模量随纳米SiO_2粒子的加入与均匀分散而提高,损耗因子则略有下降;吸声系数相对纯环氧树脂材料提高了6—10倍;而且纳米SiO_2/环氧树脂复合材料的常规力学性能、动态力学性能以及水声性能受纳米粒子的分散效果影响明显,分散越均匀,变化越大。     

纳米SiO_2功能化改性石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的制备与性能

采用Hummers法制备了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO),再与经硅烷偶联剂(APTES)偶联改性纳米SiO_2所得的产物(nano SiO_2—NH_2)混合,制备了石墨烯片(Graphene Sheets,GS)接枝纳米SiO_2杂化材料(nano SiO_2-g-GS)。以nano SiO_2-g-GS为填料,热塑性聚氨酯(TPU)为基体,通过熔融共混法制备共混型nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料,并对填料和复合材料进行测试和表征。拉伸测试显示nano SiO_2-g-GS的加入对基体TPU有一定的补强作用,使复合材料定伸应力(300%、500%和1 000%)增大。DSC测试显示,与纯TPU相比,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料的结晶温度有大幅升高,填料含量为1wt%时,TPU的结晶温度升高了44℃。形状记忆测试结果显示,随nano SiO_2-g-GS含量增加,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料的形状回复率(Rr)逐渐降低,但形状固定率(Rf)逐渐升高。当nano SiO_2-g-GS质量分数为1wt%时,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料性能最佳。     

原位制备还原氧化石墨烯增强环氧树脂基复合材料及其形状记忆性能

采用原位法制备不同含量还原氧化石墨烯(r GO)/环氧树脂(EP)复合材料。研究r GO含量对r GO/EP复合材料力学性能和形状记忆性能的影响。结果表明,通过溶剂热还原,填充到环氧树脂单体中的GO原位还原成r GO,并可均匀分散在EP基体中。该复合材料的拉伸强度、弹性模量和储能模量均随r GO含量增加呈先升后降态势,在w(r GO)=0.2%(相对于环氧树脂的质量而言)时相对最大;随着r GO含量增加,复合材料的玻璃化转变温度随之增加。当w(r GO)=0.6%时,玻璃化转变温度Tg相对纯环氧树脂提高约45℃,达到102℃,热稳定性显著提高。相应的复合材料具有良好的形状记忆性能,变形可以完全恢复,且r GO/EP复合材料相对纯环氧树脂具有更高的形状固定率与形状恢复温度。     

阻燃杂化纳米粒子改性环氧树脂

以甲基丙烯酸DOPO乙酯(HEPO)和甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)共聚合成了PHEPO-b-PGMA(PHDG)嵌段共聚物,将其接枝于氨基改性的SiO_2纳米粒子表面,获得新型阻燃SiO_2-PHDG核壳结构杂化纳米粒子。将SiO_2-PHDG引入到双酚A型环氧树脂E51中,制备了一系列P,Si含量可调的阻燃改性环氧树脂。采用扫描电镜和透射电镜对SiO_2-PHDG、改性环氧树脂断面及烧蚀后炭层进行形貌分析;动态力学分析、热重分析、差示扫描量热法及极限氧指数(LOI)研究表明,SiO_2-PHDG可使阻燃元素P,Si以"捆绑式"较好地分散在环氧树脂基体中,在较低P,Si含量下表现出优良的协同阻燃效果,当SiO2-PHDG的添加量为8%时,改性环氧树脂的LOI由26.0上升到32.8。此外,添加适量的SiO_2-PHDG可一定程度上提高环氧树脂的热稳定性及力学性能。     

拟薄水铝石改性环氧树脂复合材料的制备与性能

采用水热合成法制备拟薄水铝石(AlOOH)纳米棒,以3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)为表面改性剂,制得mAlOOH,以环氧树脂(Epoxy,EP)为基体,制备AlOOH/EP和mAlOOH/EP复合材料。研究AlOOH和mAlOOH的填充量对AlOOH/EP及mAlOOH/EP复合材料性能的影响。结果表明,mAlOOH明显提高了mAlOOH/EP复合材料的力学性能。mAlOOH的填充量为4wt%时,mAlOOH/EP复合材料的冲击强度和弯曲强度分别比聚合物基体分别提高了259%和44%;填充量不超过5wt%时,mAlOOH/EP的介电常数与介电损耗均略低于纯环氧树脂。当添加量为3wt%时,mAlOOH/EP具有最低的介电常数和介电损耗及最高的玻璃化转变温度(123℃)。      

废印刷电路板非金属粉负载二氧化硅杂化填料的制备及其在不饱和聚酯中的应用

为增强废印刷电路板非金属粉(WPCBP)与聚合物基体之间的界面结合作用,采用溶胶-凝胶法在WPCBP表面原位负载了一层纳米二氧化硅粒子(SiO_2),制备了一种新型的WPCBP-SiO_2杂化填料。SEM、TGA和FTIR证明SiO_2通过化学键成功负载到了杂化填料的表面。采用含双键的界面改性剂对杂化填料进行改性后,应用于不饱和聚酯树脂基体,探讨了未改性杂化填料及表面改性杂化填料对不饱和聚酯复合材料的力学性能、界面结合作用和热稳定性能的影响。结果表明,新型的杂化填料WPCBP-SiO_2能够与不饱和聚酯基体形成强的界面结合作用,显著提高不饱和聚酯复合材料的力学性能和热稳定性能,且表面改性后复合材料的各项性能得到进一步提高。     

功能化纳米SiO2改性环氧树脂复合材料及其摩擦磨损行为与机制

运用共价官能化技术,实现纳米SiO_2表面接枝3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性(T-SiO_2),并制备功能化纳米SiO_2改性环氧树脂复合材料(T-SiO_2/EP),分析改性后纳米SiO_2表面官能团和化学元素的变化规律,测试T-SiO_2/EP的主要力学性能,研究其在干摩擦条件下的摩擦磨损行为与机制。结果表明:功能化纳米SiO_2的引入,有效改善了环氧树脂的力学与摩擦学性能,且当功能化纳米SiO_2含量为2%时(质量分数,下同),环氧复合材料(2%T-SiO_2/EP)的显微硬度和断裂韧度均达到最大值(70.2HD和1.02MPa·m~(1/2)),并具有优异的减摩耐磨性能。干摩擦条件下,2%T-SiO_2/EP复合材料的摩擦因数和磨损失重分别为0.49和1.7mg,较纯环氧树脂分别降低了31.9%和34.6%,较未改性纳米SiO_2增强的环氧树脂复合材料(U-SiO_2/EP)分别降低了14%和10.5%,并对相应的磨损机理进行了分析。     

不同沉积物无溶剂纳米石墨烯流体/环氧树脂复合材料阻燃性能对比

分别以沉积碳纳米管(MWCNTs)和羟基锡酸锌的石墨烯片层(GNS)纳米粒子为核、表面活性剂KH560为颈状层、聚醚胺M2070为冠状层,制备了无溶剂(GNS-MWCNTs)@M2070流体及无溶剂(GNS-ZHS)@M2070流体。将质量分数为2.0wt%的两种无溶剂纳米流体分别加入环氧树脂(EP)中,制备了无溶剂(GNS-MWCNTs)@M2070/EP和(GNS-ZHS)@M2070/EP复合材料,并对其热性能和阻燃性能进行研究。锥形量热测试结果表明,纯EP、(GNS-MWCNTs)@M2070/EP、(GNS-ZHS)@M2070/EP的火焰增长速率(FIGRA)值分别为3.682,3.118和4.391kW(m~2·s)~(-1),同时,相比(GNS-MWCNTs)@M2070/EP,含有(GNS-ZHS)@M2070的EP基复合材料较纯环氧树脂具有更低的生烟速率(SPR)、生烟总量(TSR)和一氧化碳释放量(COP)值,说明沉积有羟基锡酸锌的石墨烯片层纳米粒子为核的无溶剂纳米流体对提高环氧树脂阻燃性能更为有效。     

GO负载纳米Al2O3对环氧树脂耐磨性能的影响

为了研究出一种耐磨性能优异的环氧树脂基纳米复合材料,将球形纳米氧化铝经γ-氨丙基三甲氧基硅烷改性后负载到氧化石墨烯表面,再将其作为填料加入到环氧树脂中,制备出球形纳米氧化铝/氧化石墨烯/环氧树脂新型纳米复合材料.利用硬度计、磨耗仪及万能试验机,分别对纳米复合材料的硬度、磨损量、弯曲性能和冲击性能进行测试.试验结果表明:该新型纳米复合材料相较于纯环氧树脂,磨损量减少了 52.5％;弯曲强度达到了 121.4 MPa,为纯环氧树脂的1.44倍;冲击强度达到了 27.4 J/m2,为纯环氧树脂的5.96倍.球形纳米氧化铝大的比表面积与表面作用力增强了片层状氧化石墨烯和环氧树脂的表面作用,进而使该新型纳米复合材料表现出了优异的耐磨性能.     

埃洛石复配2-羧乙基苯基次膦酸对环氧树脂阻燃及力学性能的影响

将埃洛石纳米管(HNTs)与2-羧乙基苯基次磷酸(CEPPA)复配并用于环氧树脂(EP)阻燃改性,制备了CEPPA-HNTs/EP复合材料.研究了HNTs与CEPPA的配比对CEPPA-HNTs/EP复合材料热稳定性、阻燃性及力学性能的影响.TG分析表明,CEPPA与HNTs复配可提高CEPPA-HNTs/EP复合材料...     

石墨烯/酚醛树脂纳米复合材料的热解行为

将氧化石墨烯与自制酚醛树脂乳液(PF)共混,经水合肼还原和热固化制备石墨烯/酚醛树脂(GNS/PF)纳米复合材料。利用AFM、SEM、FTIR和TG-DTG技术考察石墨烯对GNS/PF复合材料的形貌、结构、热稳定性和残炭率的影响。结果表明,石墨烯片均匀分布在PF中,没有发生团聚,且石墨烯片与PF间具有良好的界面结合。石墨烯薄片对PF基体强烈的吸附作用增加了PF分子链的活性和有序性,显著提高了GNS/PF纳米复合材料内PF基体的固化交联密度,进而提高了PF基体的耐热性和高温残炭率。在300~450℃条件下,纯酚醛树脂的热分解峰值温度为382.7℃,添加质量分数0.65%的GNS后,热分解峰值温度提高到408℃。在隔绝空气下900℃热处理,纯酚醛树脂的残炭率为46.2%,添加0.65%氧化石墨烯后残炭率增至59.4%,提高了13.2%。     

硫化DOPO衍生物阻燃环氧树脂的性能与阻燃机制

为了获得综合性能好的阻燃环氧树脂(EP)复合材料,将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-硫化物(DOPS)的衍生物应用于EP。首先,通过DOPS和马来酸酐(MAH)反应合成磷杂菲衍生物马来酸酐-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-硫化物(MAH-DOPS),采用FTIR、¹H NMR、³¹P NMR等手段确定其结构;其次,分别将DOPS和MAH-DOPS添加到EP中,通过共混制备复合材料DOPS/EP和MAH-DOPS/EP;再次,对比了DOPS/EP和MAH-DOPS/EP的热稳定性、阻燃性能和力学性能;最后,探讨了MAH-DOPS对EP的燃烧性能和热降解行为的影响,深入分析其阻燃机制。通过对比发现：阻燃剂DOPS的初始分解温度(T_5%,205.4℃)低于MAH-DOPS(235.2℃),在添加相同质量分数的阻燃剂时,复合材料DOPS/EP的热稳定性也低于MAH-DOPS/EP,与阻燃剂热稳定性一致;阻燃剂DOPS和MAH-DOPS均能改善EP的阻燃性能,MAH-DOPS/EP具有更优异的阻燃效果。...     

微纳米SiC/环氧树脂复合材料的界面和非线性电导特性

以微米和纳米SiC为填料,制备了不同填料配比的微纳米SiC/环氧树脂(EP)复合材料。测试了微纳米SiC/EP复合材料的玻璃化转变温度、室温介电谱和直流电导特性。分析了填料与基体之间的界面对玻璃化转变温度、介电谱及直流电导特性的影响。实验结果表明,在微米和纳米SiC填料的共同掺杂下,随着纳米SiC填料含量的增加,微纳米SiC/EP复合材料的玻璃化转变温度先降低后升高。在相同频率下,微纳米SiC/EP复合材料具有更低的相对介电常数和低频损耗峰幅值。与EP相比,微纳米SiC/EP复合材料具备显著的非线性电导特性。与微米SiC/EP复合材料相比,微纳米SiC/EP复合材料具有更高的非线性指数和阈值电场强度。微纳米SiC/EP复合材料的非线性电导特性与SiC颗粒和EP基体之间的界面区密切相关。      

纳米Al2O3/聚醚砜-环氧树脂复合材料的介电性能及热稳定性能

本实验制备了纳米Al_2O_3/聚醚砜-环氧树脂复合材料,考察了不同纳米氧化铝和聚醚砜的用量对复合体系力学和介电性能的影响,并对其热稳定性能进行了研究。结果表明:当添加1phr纳米氧化铝(Nano-Al_2O_3)和5phr聚醚砜(PES)时,三元复合材料EP/5PES/1Al_2O_3的拉伸强度提高到58 MPa,断裂伸长率达到13%,冲击强度达到16.2kJ/m~2,相比纯环氧树脂分别提高了61.1%、20.3%和8.0%。而且在100Hz的室温测试条件下,EP/5PES/1Al_2O_3材料的介电常数和介电损耗分别达到7.6和0.016,较纯环氧树脂均有一定幅度的增加。热重分析(TG)结果表明,EP/5PES/1Al_2O_3复合材料的初始分解温度为358℃,比纯环氧树脂提高了14℃,说明热稳定性有较大幅度的提高。     

氧化石墨烯改性环氧树脂的制备及性能研究

以环氧树脂、二乙醇胺为原料制备阳离子型环氧乳液,然后与氧化石墨烯充分混合形成共混分散液,加热固化得氧化石墨烯改性环氧树脂(GO/EP)涂层。其表面官能团结构、表面形貌分别通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和扫描显微镜(SEM)进行表征,湿润性、热稳定性、力学性能分别通过接触角测试仪、热失重仪(TGA)和微机电子万能试验机进行测试。结果表明,氧化石墨烯加入环氧树脂基体中后涂层材料的力学性能较纯环氧树脂明显提高,其拉伸强度、断裂伸长率以及弹性模量最大提高率分别为69.2%,62.8%和22.8%。