聚丙烯/蒙脱土和聚丙烯/石墨烯交替多层材料的结构与气体阻隔性能

利用微层共挤出设备制备了蒙脱土填充聚丙烯和石墨烯填充聚丙烯的交替多层结构,构筑出连续的交替气体阻隔层,通过偏光显微镜、差示扫描量热仪、万能拉伸机以及压差法气体渗透仪测试研究了交替多层复合材料与普通共混材料的结构与性能的关系。结果表明,随着层数的增加,交替多层复合材料的氧气渗透系数在40℃时有了明显的下降,下降了19倍之多,气体阻隔性能显著提高,拉伸强度也有明显的提升,提高了12.3%。     

各向异性导电PP-MWCNTs/HDPE复合材料的结构及性能

各向异性导电高分子复合材料(ACPCs)因其独特的各向异性导电特性在许多领域得到广泛应用。本文以高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)和多壁碳纳米管(MWCNTs)为原料,通过三层吹膜技术制备中间层导电、内外两层绝缘的三层复合膜,再利用热压成型技术制备具有交替微层结构的各向异性导电PP-MWCNTs/HDPE复合材料。综合利用DSC、偏光显微镜(POM)、SEM、TEM、拉伸性能及导电性能测试等手段研究了复合材料的结构和性能。结果表明：PP绝缘层和MWCNTs/HDPE导电层交替排列,没有分层、熔并等结构缺陷,界面结合良好;PP-MWCNTs/HDPE复合材料在X方向和Y方向具有优异的导电性能(电阻率低至1.6Ω·m),比Z方向的电阻率低6～9个数量级;交替微层结构的存在增强了复合材料的力学性能,进一步拓宽了导电复合材料的应用范围。     

聚丙烯/β-环糊精复合材料发泡性能及力学性能的研究

以β-环糊精(BC)为成核剂,通过微孔注塑发泡工艺制备了发泡聚丙烯(PP)复合材料。采用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)等技术,研究了不同含量BC (0.25%～7%,质量分数,下同)对发泡聚丙烯复合材料发泡性能及力学性能的影响。结果表明:随着BC的加入,PP的发泡性能得到明显改善。添加7%的BC可以得到理想的泡孔形貌,泡孔直径为27.17μm,密度达1.23×10~7cell/cm~3。BC的加入使PP的结晶温度、结晶速率、粘度均有明显改善,有利于PP在更高温度下结晶并防止泡孔坍塌和并泡。与发泡聚丙烯材料相比,发泡PP/BC复合材料的拉伸、弯曲、冲击强度分别提高了21.2%、7%、12%。     

氧化石墨烯对聚丙烯/尼龙6两组分聚合物的增容作用

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,然后将其与聚丙烯/尼龙6(PP/PA6)两组分聚合物进行熔融共混制备聚丙烯/尼龙6/氧化石墨烯纳米复合材料。通过拉伸强度测试、差示扫描量热测试并结合扫描电子显微镜对尼龙6分散相尺寸大小观察表明,由于氧化石墨烯表面环氧官能团与尼龙6中端氨基能发生化学反应,有效提高了各组分之间的界面相互作用;少量的氧化石墨烯使尼龙6分散相尺寸大幅度减小,并使复合材料拉伸强度大幅度提高,由此表明石墨烯对热力学不相容聚丙烯/尼龙6两组分聚合物具有良好的增容作用。     

双单体接枝聚丙烯/聚烯烃弹性体增容聚丙烯/硅灰石/β成核剂复合材料

以丙烯酸-2-羟乙酯/马来酸酐接枝聚丙烯(PP)/聚烯烃弹性体共聚物(PPHM)为相容剂,通过熔融挤出制备了β成核聚丙烯/硅灰石复合材料。考察了PPHM含量对复合材料结构和性能的影响。红外光谱、扫描电镜和X射线衍射结果表明,PPHM与硅灰石表面形成了强相互作用,使复合体系的相容性得到提高,并对PP的结晶产生了明显影响。含50%(质量分数)PPHM的复合材料的缺口冲击强度达到(18.4±1.3)kJ/m²,约为纯PP的3倍,而拉伸强度仅降低了20.3%,实现了韧性和强度之间的相对平衡;此外,复合材料的熔体强度和热稳定性优于纯PP。     

石墨烯填充对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响

为研究同一制备方法下石墨烯质量分数对不同聚合物导热性能和热稳定性的影响,通过熔融共混法制备了石墨烯/聚酰胺(GE/PA6)、石墨烯/聚丙烯(GE/PP)、石墨烯/高密度聚乙烯(GE/HDPE)3种聚合物复合材料。结果表明,石墨烯能有效提高3种聚合物导热性能,当填充石墨烯质量分数达到10%时,PA6导热系数从0.32 W/(m·K)提升至1.30 W/(m·K);GE/PP导热系数从0.37 W/(m·K)提升至1.15 W/(m·K)、GE/HDPE导热系数从0.62 W/(m·K)提升至1.13 W/(m·K)。对制备的石墨烯聚合物复合材料进行热重分析。将纯聚合物与石墨烯质量分数1%,5%,10%的石墨烯聚合物复合材料对比,PA6的热稳定性逐渐提升,PP、HDPE的热稳定性先降低后升高。     

聚醚铵改性蒙脱土对纳米蒙脱土/聚丙烯复合材料微观结构的影响

采用自制的2种大层间距(层间距分别为6.72nm和8.66nm)的聚醚铵(POP)改性蒙脱土(MMT)OMMT1和O-MMT2,通过共混法与增容剂马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)或聚丙烯(PP)复合,考察了共混方法、共混时间、POP改性MMT的层间距及PP-g-MAH对MMT/PP-g-MAH和MMT/PP复合材料微观结构的影响。研究结果表明:由于O-MMT1具有较大的层间距,在溶液共混和熔融共混中,均能使MMT在PP-gMAH基体中发生剥离;随着共混时间延长,O-MMT1由插层型经过过渡状态向剥离型转变,最终可以获得完全剥离的纳米MMT/PP-g-MAH复合材料;在溶液共混的过渡态中存在大量"双层结构"的MMT片层;具有更大层间距的O-MMT2以及PP-g-MAH的加入均能更有效地促进MMT在PP基体中的剥离,从而获得完全剥离的纳米MMT/PP复合材料。     

石墨烯微片/聚丙烯导热复合材料的制备与性能

通过熔融共混法制备了两种不同型号石墨烯微片（GNPs）填加的GNPs/聚丙烯（PP）导热复合材料,研究了GNPs型号（KNG180,KNG150）和含量对其导热性能、密度、结晶性能和热稳定性能的影响。结果表明,KNG180 GNPs/PP复合材料密度高于KNG150 GNPs/PP,同时KNG180对提高聚丙烯结晶度的效果优于KNG150。随着石墨烯微片含量的增加,两种复合材料导热系数均明显增大,而且KNG180填充的复合材料导热性能明显优于KNG150;当KNG180的添加量为60%（质量分数）时,GNPs/PP复合材料的导热系数从纯聚丙烯的0.087 W/（m·K）提高到1.32 W/（m·K）,提高了14倍多。石墨烯微片的加入显著提高了聚丙烯的热稳定性,当KNG180或KNG150的质量分数为10%时,聚丙烯达到最大热失重速率时的温度从345.1 ℃分别提高到374.6 ℃和397.9 ℃,但是当石墨烯微片超过一定含量时,热稳定性会下降。     

本征态聚苯胺/聚丙烯驻极体复合过滤材料的制备与性能

为研究本征态聚苯胺对非织造过滤材料的驻极性能和过滤性能的影响,制备具有良好性能的非织造复合材料。采用原位聚合法制备了本征态聚苯胺/聚丙烯(PANI/PP)复合材料,通过SEM扫描电镜对复合材料的表面形态进行了表征,测试分析及比较本征态聚苯胺/聚丙烯(PANI/PP)复合材料和PP材料电晕驻极后的表面静电势和电荷储存性能及过滤性能。实验结果表明,本征态聚苯胺/聚丙烯(PANI/PP)复合材料具有较好的驻极性能,本征态聚苯胺(PANI)能够大幅提升聚丙烯(PP)材料的表面静电势,同时在最佳驻极条件下本征态聚苯胺/聚丙烯(PANI/PP)复合材料比聚丙烯(PP)材料的电荷储存性能更加稳定,电荷保留率为60%左右,且过滤效率高出20%左右。     

多单体接枝聚丙烯增容硅灰石/聚丙烯复合材料

以自制的苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯和马来酸酐三单体接枝改性聚丙烯(PP-SBM)为相容剂,采用熔融挤出的方法制备了硅灰石/聚丙烯(W/PP)复合材料。研究了相容剂和硅灰石用量对W/PP复合材料的力学性能及热变形温度的影响,并用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射表征了W/PP复合材料的微观结构。结果表明,当PP-SBM和硅灰石的质量分数均为30%时,复合材料力学性能最好,拉伸强度和冲击强度分别比纯PP提高了27.3%和4.4%,维卡软化点提高了14.4℃,PP-SBM增容效果比商品马来酸酐改性聚丙烯(PP-M)好;光学显微镜分析表明硅灰石在挤出混合过程中大量断裂,长径比大幅度降低;扫描电镜、X射线衍射表征说明加入PP-SBM可以明显提高硅灰石与聚丙烯的相容性。     

PP和PP/POE交替多层共混物的结构与力学性能

通过微纳层状共挤出技术制备了聚丙烯(PP)和PP/POE交替多层共混物。通过扫描电镜、差示扫描量热分析、动态力学分析以及力学性能测试对比研究了交替多层共混物和PP/POE普通共混物的结构与力学性能的关系。结果表明,与含有相同乙烯-辛烯共聚物(POE)含量的普通共混物相比,交替多层共混物的低温冲击强度(-40℃)、弯曲强度和弯曲模量都得到了明显的提升。由于在交替多层结构中刚性的PP层和韧性的PP/POE层能够相互支撑,使得材料获得了优异的综合性能。     

BN纤维对石墨烯微片/聚丙烯复合材料导热绝缘性能的影响

采用熔融共混法制备BN纤维-石墨烯微片/聚丙烯（BN纤维-GNP/PP）高导热绝缘复合材料,结合有限元模拟、SEM、XRD、导热导电测试结果,探究了BN纤维含量和长度对BN纤维-GNP/PP复合材料导热绝缘性能的影响。结果表明:BN纤维-GNP/PP复合材料中BN纤维含量和长度的增加可增大GNP分布范围,增大BN纤维与GNP的接触概率;在GNP含量为7wt%、100 μm BN纤维含量为20wt%时BN纤维-GNP/PP复合材料的热导率较PP提高了4.2倍,同时电绝缘性略有提高。模拟结果表明,高含量100 μm BN纤维的加入使BN纤维-GNP/PP复合材料导热网络的构建趋于完整,局部热通量较低的区域减少。片状GNP与纤维状BN二相填料的"协同效应",使GNP和BN纤维分别作为"岛"和"桥"形成了一种特殊的"双网络"结构,BN纤维作为高导热"桥"阻隔了相邻GNP间导电通路的形成,从而提高了BN纤维-GNP/PP复合材料的导热绝缘性能。      

橡胶粒子对微发泡聚丙烯复合材料发泡行为与力学性能的影响

利用型腔体积可控注塑发泡装置制备微发泡聚丙烯(PP)/粉末橡胶复合材料,通过橡胶粒子的分散性以及复合材料的结晶行为,研究不同橡胶粒子对聚丙烯复合材料发泡行为和力学性能的影响。结果表明:橡胶粒子的加入使微发泡聚丙烯材料的泡孔分布细密而均匀,微发泡聚丙烯/马来酸酐接枝聚丙烯/粉末丁腈胶(PP/PP-MAH/NBR)复合材料的发泡质量较理想,其泡孔密度和尺寸分别为7.64×106个/cm3,29.78μm;综合泡孔结构和力学性能,微发泡聚丙烯/聚丙烯接枝马来酸酐/粉末羧端基丁腈胶(PP/PP-MAH/CNBR)复合材料的力学性能最优,与纯PP比较其冲击强度提升了2.2倍,拉伸强度仅仅降低了26%,是理想的微发泡复合材料。     

多层塑料复合板废料改性聚丙烯的结构与性能

硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570处理的多层塑料复合板废料(WGFRP)与增容剂并用后,通过与聚丙烯(PP)熔融共混,制备了PP/WGFRP/相容剂复合材料。采用热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)和力学性能测定,研究了复合材料的结构与性能。结果表明,当用质量分数1%的硅烷偶联剂KH570处理的WGFRP(100 mesh)为20份,相容剂为2份时,复合材料的冲击强度比纯PP提高约113%,拉伸强度变化不大。SEM观察到PP/WGFRP/相容剂复合材料在断裂过程中发生塑性变形,其韧性较好。TGA结果表明,随着WGFRP用量的增加,复合材料的热稳定性提高。     

蒙脱石部分取代十溴二苯乙烷体系对聚丙烯的阻燃性能

用有机蒙脱石(OMMT)部分取代十溴二苯乙烷(DBDPE)制备聚丙烯/有机蒙脱石-十溴二苯乙烷/三氧化二锑(PP/OMMT-DBDPE/Sb_2O_3)复合材料,采用SEM、TGA和锥形量热仪对复合材料的结构、热稳定性和阻燃性进行表征。结果表明,对于组成为PP/22.5%DBDPE/7.5%Sb_2O_3的复合材料,当用50%有机蒙脱石取代十溴二苯乙烷后,复合材料的初始分解温度和热分解温度分别提高了8℃、13℃,600℃的残留量达到13.71%,提高了3.96%。PP/11.25%OMMT-11.25%DBDPE/7.5%Sb_2O_3复合材料的热释放速率峰值(PHRR)为374kW/m2,与PP/22.5%DBDPE/7.5%Sb_2O_3复合材料(459kW/m2)相比下降了19%。PP/11.25%OMMT-11.25%DBDPE/7.5%Sb_2O_3复合材料的火灾性能指数(FPI)为0.185s·m2/kW,相比PP/22.5%DBDPE/7.5%Sb_2O_3复合材料提高了36%。有机蒙脱石部分取代十溴二苯乙烷后聚丙烯复合材料的热稳定性及阻燃性能都明显改善。     

功能化石墨烯/埃洛石纳米管对聚丙烯的协同强韧化改性研究

以功能化氧化石墨烯(GO)-埃洛石纳米管(HNTs)杂化材料(GO@HNTs)为纳米填料,以聚丙烯(PP)为基体,通过熔融共混法制备了不同GO@HNTs 含量的GO@HNTs/PP纳米复合材材料,并对所得杂化填料和PP纳米复合材料的结构与性能进行系统研究。研究结果表明,功能化GO与HNTs之间存在化学相互作用,二者之间形成的“屏障效应”抑制了彼此在PP基体中的团聚。仅添加0.5%GO@HNTs杂化纳米填料后,PP复合材料的拉伸强度和冲击强度分别较纯PP提高了17.5%和80.4%,与单独添加相同含量的GO或HNTs所得复合材料的力学性能相比,GO@HNTs杂化纳米填料对PP基体具有明显的协同增强增韧改性作用。与纯PP相比,GO@HNTs/PP试样表现出更高的储能模量、损耗模量和玻璃化转变峰值。由于GO@HNTs的“异相成核效应”和“物理热阻效应”,有效提高了PP纳米复合材料的结晶温度、熔融温度、结晶度和耐热分解温度。     

聚丙烯压电驻极体的振动能量采集研究

以线性聚丙烯(PP)为原材料,经压缩气体膨化处理和电晕极化处理后,使其具有压电效应,并将其应用在振动能量采集器中。结果表明,PP压电驻极体在厚度方向上的弹性模量和机械品质因数(FOM,d33·g33)分别为1.7 MPa和8.4GPa~(-1),利用面积为3.14cm~2单层膜进行能量采集,当振子质量为25.6,33.7和57.7g时,其共振频率分别为2 300,2 000和1 800 Hz,在各自的匹配负载条件下,获得的输出功率分别为10.1,13.2和16.9μW/g~2。将两片PP膜电学串联,当振子质量为33.7g时,在共振频率1 400Hz和匹配负载4.3 MΩ的条件下,可以获得的输出功率为15μW/g~2。     

交替微层结构PPCB/PP导电复合材料的结构与性能

利用自主设计的微层共挤出设备,制备了具有交替微层结构的炭黑填充聚丙烯/聚丙烯(PPCB/PP)导电复合材料。PPCB层和PP层均为连续相,炭黑仅选择性分散在PPCB层内,形成一种特殊的双逾渗现象。电性能测试表明,微层共挤出技术可显著降低微层PPCB/PP复合材料的逾渗阈值和电阻率,其导电性能与材料层数相关。此外,微层共挤出方法能明显改善材料的韧性。     

聚丙烯/聚乙二醇改性蒙脱土纳米复合材料的力学和流变性能

通过熔融插层法制备了聚丙烯/蒙脱土(PP/MMT)纳米复合材料。利用X射线衍射(XRD)和透射电镜表征了PP/MMT纳米复合材料的插层结构。XRD结果表明,经过聚乙二醇(PEG)处理的蒙脱土层间距增大;透射电镜(TEM)照片显示,蒙脱土在PP基体中达到纳米级分散,且分散均匀。PP/MMT纳米复合材料力学性能得到较大提高。加入5份改性MMT时,复合材料的缺口冲击强度和断裂伸长率分别从纯PP的3.93kJ/m2、74.46%提高到9.95kJ/m2、220.66%。动态流变性能测试结果表明,MMT的加入降低了PP的复数黏度(η*)、储能模量(G′)和耗能模量(G″)。     

功能化石墨烯/弹性体协同强韧化聚丙烯纳米复合材料的制备和性能研究

利用乙二胺功能化石墨烯(GS-EDA)为纳米填料,马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)弹性体为增韧剂,经熔融共混法制备了PP/POE-g-MAH/GS-EDA纳米复合材料。并采用红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、示差扫描量热仪(DSC)、热失重分析(TGA)、力学性能、热变形温度和熔融指数测试分别对填料和所得纳米复合材料的结构和性能进行了测试和表征。研究表明,EDA已成功接枝于石墨烯的表面上;POE-g-MAH的酐基与GS-EDA的氨基发生了作用改善了共混体系的界面相容性并促进了GS-EDA在PP基体中的分散性。当GS-EDA含量为0.5%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度、弹性模量和冲击强度分别较PP/POE-g-MAH提高了25.2%、32.5%和26.9%,此时复合材料的综合力学性能也最好。添加GSEDA提高了复合材料的结晶温度、熔融温度和结晶度。GS-EDA的加入使PP/POE-g-MAH/GS-EDA复合材料的热稳定性提高,而熔融指数逐渐降低。