滑石粉填充二醋酸纤维素复合材料的性能研究

采用熔融共混方法制备了二醋酸纤维素(CA)/三醋酸甘油酯(GT)/滑石粉(Talc)(CA/GT/Talc)复合材料。研究了滑石粉的粒径、表面处理工艺和添加量对复合材料力学性能、耐热性能、转矩流变性能及微观结构的影响。结果表明,滑石粉的加入有效改善了复合材料的力学性能。并且滑石粉的粒径越小越有利于复合体系的力学性能的提高。5000目滑石粉经过表面处理后对复合体系的力学性能效果更好。复合材料的拉伸强度、断裂伸长率及冲击强度随着滑石粉用量的增加呈先上升后下降的趋势,在5000目改性滑石粉用量为2%(wt,质量分数)条件下,制得的CA/GT/Talc复合材料与未添加滑石粉的CA/GT体系相比,拉伸强度从62.00MPa提高至81.63MPa,断裂伸长率从13.8%增加至52.0%,缺口冲击强度为17.05kJ/m~2,增加约4倍。     

沥青基短切碳纤维表面改性及与纳米填料并用对天然橡胶力学性能的影响

对硝酸(HNO3)改性沥青基短切碳纤维(PCF)及与炭黑(CB)、白炭黑(Silica)协同填充天然橡胶(NR)进行了研究,考察表面改性及并用对PCF表面形貌、石墨化程度和NR力学性能的影响,分析填料与基体的界面相互作用机制。结果表明,HNO3改性后,PCF的表面粗糙度和O/C比显著增加,而石墨化程度有所降低。PCF单独填充NR时不具有增强作用,而与CB或Silica协同填充NR的拉伸强度显著提高,由3MPa分别提高到18.6MPa和23.7MPa;改性后则可达到24.5MPa和24.7MPa。与CB/NR硫化胶相比,PCF-CB/NR硫化胶的拉伸强度略有降低,但改性PCF-CB/NR硫化胶的拉伸强度则提高了25.6%;与Silica/NR硫化胶相比,添加改性前后的碳纤维均使PCF-CB/NR硫化胶的拉伸强度小幅降低。结合不同增强体系的拉伸强度、50%定伸应力和断面形貌SEM照片可以推断出,PCF单独填充NR时,改性前后均与基体的界面粘合较差;对PCF-CB增强体系来说,界面相互作用的提高主要以吸附理论为主,改性后则以机械互锁和吸附理论共同作用为主;对PCF-Silica增强体系,改性前后均以氢键作用为主。     

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%。     

石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能北大核心CSCD

使用层间喷涂法制备了石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)复合材料,对材料微观形态、力学性能、热学以及电学性能进行了分析。结果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使复合材料的层间剪切强度(ILSS)从57.3 MPa增加到77.6 MPa,弯曲强度和弯曲模量分别从1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示扫描量热结果证明少量石墨烯的加入能够提高复合材料基体的结晶度。同时复合材料的热导率和电导率也随着石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,复合材料的热导率和电导率与未加入石墨烯相比分别增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK复合材料与CF/PEEK相比具有更优良的综合性能。     

石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮复合材料的制备及性能

使用层间喷涂法制备了石墨烯/炭纤维/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)复合材料,对材料微观形态、力学性能、热学以及电学性能进行了分析。结果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使复合材料的层间剪切强度(ILSS)从57.3 MPa增加到77.6 MPa,弯曲强度和弯曲模量分别从1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示扫描量热结果证明少量石墨烯的加入能够提高复合材料基体的结晶度。同时复合材料的热导率和电导率也随着石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,复合材料的热导率和电导率与未加入石墨烯相比分别增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK复合材料与CF/PEEK相比具有更优良的综合性能。     

聚乙烯醇/纤维素纳米纤热塑性复合材料的制备及表征

将聚乙烯醇(PVA)、纤维素纳米纤(CNFs)通过熔融共混成功制备出高性能PVA/CNFs热塑性复合材料。采用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射、差示扫描量热分析、热重分析对PVA/CNFs复合材料的微观形态及结构进行表征,对复合材料的物理力学性能进行测试。结果表明,选用适当的增塑剂与PVA、CNFs组合可实现PVA/CNFs共混体系的热塑成型;CNFs与PVA间的氢键作用有助于提高CNFs与PVA基体之间的相容性,从而优化PVA/CNFs复合材料的力学性能,拉伸强度从19.5 MPa增加到34.3 MPa,弹性模量从114.4 MPa增加到287.5 MPa。     

稀土元素钇对Al-30wt% Mg_2Si复合材料组织和力学性能的影响

利用原位内生工艺制备了Al-30wt%Mg2Si复合材料,并加入不同含量的稀土元素钇(Y)对其进行细化改性,以研究Y对复合材料显微组织和力学性能的影响,及Y对Al-30wt%Mg2Si复合材料的细化机制。结果表明:Y的加入量由0增加至0.8wt%时,初生相Mg2Si的平均晶粒尺寸先减小后变大,而强度、布氏硬度和伸长率先提高后降低;当Y的加入量为0.6wt%时,Al-30wt%Mg2Si复合材料的细化效果最明显,力学性能提高最为显著,抗拉强度由145.5 MPa提高到175.2 MPa;屈服强度由128.8 MPa提高到152.0 MPa,布氏硬度由HB101.4提高到HB129.4;伸长率由2.4%提高到3.3%。     

木质纤维素/蒙脱土/炭黑-白炭黑/天然橡胶复合材料的制备及性能研究

采用木质纤维素/蒙脱土(LNC/MMT)部分替代炭黑-白炭黑双相填料(CSDPF)作为天然橡胶(NR)补强剂制备LNC/MMT/CSDPF/NR复合材料,探讨了LNC/MMT与CSDPF配比对复合材料性能的影响。结果表明:随着LNC/MMT比例的增加,复合材料的拉伸强度和撕裂强度均呈现先上升后下降的趋势,断裂伸长率逐渐上升,硬度略微下降。当LNC/MMT与CSDPF质量比为10∶30时,复合材料的综合力学性能最优,其拉伸强度为26.8MPa,撕裂强度为50.2kN/m,断裂伸长率为702.5%,邵氏A硬度为65.7。随着LNC/MMT比例的增加,复合材料的焦烧时间逐渐缩短,正硫化时间先下降后略微上升,热稳定性逐渐下降。     

离子液体改性白炭黑/天然橡胶复合材料的制备及性能EI北大核心CSCD

用离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(AMI)改性白炭黑(SiO_2),制备改性白炭黑/天然橡胶(NR)复合材料。采用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜等方法分析了改性前后白炭黑的微观结构,研究了AMI对SiO_2/NR复合材料结构与性能的影响。结果表明,AMI改性白炭黑可明显提高白炭黑的分散性,减小白炭黑在橡胶基体中的实际分布粒径,提高白炭黑与橡胶基体的界面相互作用,增加橡胶复合材料的结合胶含量,提高复合材料的综合力学性能。当AMI用量为2 phr时,白炭黑在橡胶基体中的分散性最好,分布粒径最小,结合胶含量最高,综合力学性能最好。与未改性的SiO_2/NR复合材料相比,AMI-SiO_2/NR复合材料拉伸强度提高了18%,撕裂强度提高了41.4%,300%定伸应力提高了39.2%,100%定伸应力提高了25%。     

煤矸石电厂灰渣改性填充聚丙烯复合材料的性能

采用不同的改性剂对煤矸石电厂灰渣进行表面改性,将改性后灰渣与聚丙烯(PP)混合均匀,通过挤出注塑得到灰渣-聚丙烯复合材料,并测试其力学性能;利用SEM、FT-IR、DSC等分析方法,研究改性灰渣对复合材料力学性能与结晶行为的影响规律。结果表明,采用硅烷偶联剂SCA1113和SCA503组成的复合偶联剂体系对灰渣改性效果最好,改性后灰渣-PP复合材料较改性前的拉伸强度由25.70 MPa增加至29.58 MPa,弯曲强度由33.60 MPa增加至35.99 MPa,冲击强度由3.04 kJ·m~(-2)增加至3.85 kJ·m~(-2);改性后的灰渣在聚丙烯中起到异相成核的作用,使聚丙烯的结晶温度提高,结晶速率增大,微晶尺寸分布变窄。     

离子液体改性白炭黑/天然橡胶复合材料的制备及性能

用离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(AMI)改性白炭黑(SiO_2),制备改性白炭黑/天然橡胶(NR)复合材料。采用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜等方法分析了改性前后白炭黑的微观结构,研究了AMI对SiO_2/NR复合材料结构与性能的影响。结果表明,AMI改性白炭黑可明显提高白炭黑的分散性,减小白炭黑在橡胶基体中的实际分布粒径,提高白炭黑与橡胶基体的界面相互作用,增加橡胶复合材料的结合胶含量,提高复合材料的综合力学性能。当AMI用量为2 phr时,白炭黑在橡胶基体中的分散性最好,分布粒径最小,结合胶含量最高,综合力学性能最好。与未改性的SiO_2/NR复合材料相比,AMI-SiO_2/NR复合材料拉伸强度提高了18%,撕裂强度提高了41.4%,300%定伸应力提高了39.2%,100%定伸应力提高了25%。     

预拉伸对聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管复合材料结晶行为及力学性能影响

以熔融共混法制备了碳纳米管(CNTs)增强的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)复合材料,研究了预拉伸对PBS/CNTs复合材料结晶行为及力学性能的影响。CNTs的加入在复合材料中起到了异相成核作用,促进了PBS的结晶,提高了复合材料的力学性能。单轴预拉伸使CNTs与PBS分子链的有序程度同时增加,有序排列的CNTs进一步增加了PBS晶体的取向度,预拉伸与CNTs对复合材料的增强实现了协同作用。然而,加入CNTs以及在不同温度、不同拉伸应变下的预拉伸均未导致PBS晶体结构发生转变。经在60℃预拉伸500%的PBS/CNTs (质量分数5%)复合材料,其拉伸强度达到286.1 MPa、弹性模量达2.9 GPa,实现了对PBS的增强。     

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。      

先驱体浸渍-裂解SiC界面改性涂层对气相渗硅3D-C_f/SiC复合材料力学性能的影响

界面改性涂层对调节复合材料的力学性能起到重要作用。特别是在气相渗硅(GSI)制备C_f/SiC复合材料时,合适的界面改性涂层一方面保护C纤维不受Si反应侵蚀,另一方面调节C纤维和SiC基体的界面结合状况。通过在3D-C纤维预制件中制备先驱体浸渍-裂解(PIP)SiC涂层来进行界面改性,研究了PIP-SiC涂层对GSI C_f/SiC复合材料力学性能的影响。结果表明:无涂层改性的GSI C_f/SiC复合材料力学性能较差,呈现脆性断裂特征,其弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性分别为87.6 MPa、56.9GPa和2.1 MPa·m~(1/2)。具有PIP-SiC界面改性涂层的C_f/SiC复合材料力学性能得到改善,PIP-SiC涂层改性后,GSI C_f/SiC复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性随着PIP-SiC周期数的增加而降低,PIP-SiC为1个周期制备的GSI C_f/SiC复合材料的力学性能最高,其弯曲强度、弯曲模量、断裂韧性分别为185.2 MPa、91.1GPa和5.5 MPa·m~(1/2)。PIP-SiC界面改性涂层的作用机制主要体现在载荷传递和"阻挡"Si的侵蚀2个方面。     

碱式硫酸镁晶须对膨胀阻燃聚丙烯的协效作用

以七水硫酸镁和氢氧化钠为主要原料,利用水热法制备了碱式硫酸镁晶须,采用熔融共混法制备了聚丙烯/多聚磷酸铵/季戊四醇/碱式硫酸镁晶须复合材料。通过氧指数测试(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)、热失重分析评价了复合材料的阻燃性能和热稳定性,采用扫描电镜、能谱仪表征了残炭的形貌结构,发现碱式硫酸镁晶须对膨胀阻燃聚丙烯具有显著的协效作用。添加1%的碱式硫酸镁晶须,膨胀阻燃体系的LOI由29.90提高至38.39,提高了28.4%;UL-94等级从NR提高到V-0;残炭致密性显著增强,炭层表面C/P摩尔比增加,且出现元素Mg;弯曲强度从38.83 MPa增加至40.25MPa。     

二硫化钼/多壁碳纳米管/天然橡胶复合材料制备及吸波性能研究

采用机械共混法,以天然橡胶(NR)为基体、多壁碳纳米管(MWCNTs)和二硫化钼(MoS_2)为填料,制备了MWCNTs/NR、MoS_2/NR和MWCNTs/MoS_2/NR 3种复合材料,通过扫描电镜、高阻计、矢量网络分析仪和橡胶拉伸试验机分别对复合材料形貌、电导率、电磁参数和力学性能进行表征。结果表明,(1)填料在MWCNTs/MoS_2/NR复合材料中的分散最好;(2) MWCNTs的加入,使得复合材料的电导率增大;(3)随厚度的增加,复合材料反射峰值对应的频率逐渐向低频方向移动。MWCNTs/MoS_2/NR复合材料的吸波性能最佳,反射损耗为-29.59 dB,分别是MWCNTs/NR、MoS_2/NR的6.9和17.0倍,有效吸收频宽为3.12 GHz;(4)MWCNTs/MoS_2/NR的拉伸强度最高,与填料在基体中的分散好有关。MWCNTs与MoS_2在NR中相互促进分散,形成多重损耗机制,优化了复合材料的吸波、导电、力学等多项性能。     

马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物和6K碳纤维混合填充对聚酰胺66性能的影响研究

以6K碳纤维作为主要增强材料,加入相容剂马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物(POE-g-MAH)制备聚酰胺66增强增韧复合材料,对复合材料的摩擦学性能和力学性能进行了表征。通过对比相容剂加入前后材料的摩擦系数、磨损体积以及摩擦界面温度来研究POE-g-MAH的加入对复合材料摩擦学性能的影响;另一方面,POE-g-MAH的加入改善了复合材料的力学性能(对比15%碳纤维情况下):未添加时材料的拉伸强度为47.88MPa,缺口冲击强度为7.47kJ/m2。添加后材料拉伸强度为94.80MPa,其缺口冲击强度可达到9.56kJ/m2。其拉伸强度提高了98%,缺口冲击强度提高了28%。     

马来酸酐改性天然橡胶对碳酸钙/天然橡胶复合材料力学行为的影响

以过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,在转矩流变仪中自制马来酸酐(MAH)接枝改性天然橡胶(NR)(MNR),将其作为超细碳酸钙/天然橡胶复合材料(CaCO3/NR)的改性剂,研究了MNR对于CaCO3/NR复合材料的力学性能、应力软化效应以及应力弛豫行为的影响。研究结果表明,MNR改性后CaCO3/NR复合材料较之未改性复合材料拉伸强度、撕裂强度和硬度等力学性能均有所提高,应力软化效应加剧,应力弛豫程度和速度降低,力学行为研究结果证实MNR可有效改善CaCO与NR基体间的界面粘合。     

芳纶纤维表面处理及其增强天然橡胶复合材料的研究

通过对芳纶纤维(AF)进行预处理达到改善纤维与橡胶的界面粘接状况。首先采用磷酸(H3PO4)对纤维进行刻蚀,然后再用多巴胺(DOPA)在纤维表面涂覆,并在此基础上对纤维进行接枝改性,制备芳纶纤维增强天然橡胶(NR)的复合材料(AF/NR复合材料)。红外光谱、扫描电子显微镜检测表明不同的处理方法均改善了纤维和复合材料的界面粘接。力学性能测试显示经硅烷偶联剂双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si69)二次改性后的AF/NR复合材料的综合性能最好,100%定伸应力和撕裂强度达到最大值,分别为4.93MPa和95.94kN/m,与纯AF复合材料相比,分别提高了26.4%和13.9%。     

表面接枝防老剂的白炭黑在天然橡胶中的应用

为了提高白炭黑与橡胶的相容性,同时防止防老剂的挥发,采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷与对氨基二苯胺(PPDA)的反应物对白炭黑进行表面改性,得到表面接枝防老剂的白炭黑。将改性白炭黑应用于天然橡胶(NR)中考察其增强与防老性能,并与炭黑/NR、未改性白炭黑/NR和Si69改性白炭黑/NR复合材料相比较(均添加防老剂4020)。结果表明,改性白炭黑/NR复合材料的焦烧时间延长,硫化时间缩短,白炭黑在橡胶中的分散性提高,同时具备更出色的力学性能。随着表面接枝防老剂含量的增加,改性白炭黑/NR复合材料的拉伸强度和撕裂强度比未改性白炭黑和Si69改性白炭黑/NR均有大幅提高。当接枝的PPDA含量达到5.27%(与白炭黑的质量比)时,其拉伸强度比未改性白炭黑/NR提高了90%,比Si69改性白炭黑/NR提高了73%,并接近炭黑/NR; 其撕裂强度是未改性白炭黑/NR的5倍,Si69改性白炭黑/NR的2.5倍,炭黑/NR的2倍。另外,表面接枝防老剂的白炭黑/NR复合材料具有优异的抗热氧、抗臭氧和湿热老化性能;其抗臭氧老化性能优于添加通用防老剂4020的对比复合材料。