功能化Al2O3@SiO2/酚醛环氧-双马树脂复合材料的微观结构及性能

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)分别制备Al₂O₃和SiO₂,同时以KH560为架桥剂制得SiO₂包覆Al₂O₃(KH560-Al₂O₃@SiO₂)的增强体。以双马来酰亚胺树脂和酚醛环氧树脂(MBMI-EPN)为基体、4’4-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂,采用原位聚合法制备了KH560-Al₂O₃@SiO₂/MBMI-EPN复合材料;表征KH560-Al₂O₃@SiO₂的微观结构及该增强体对复合材料性能的影响。结果表明:Al₂O₃@SiO₂粒子微观结构清晰,核壳结构完整,内核为短纤维状Al₂O₃,外壳为无定形SiO₂,二者通过化学键方式相连;Al₂O₃@SiO₂表面成功接枝上KH560基团,粒子堆积现象减弱。KH560-Al₂O₃@SiO₂/MBMI-EPN复合材料的微观形貌显示:KH560-Al₂O₃@SiO₂在MBMI-EPN基体中形成多相结构、分散性较好、界面作用稳定且断面形貌呈鱼鳞状,并未发现Al₂O₃@SiO₂粒子团聚体,整体结构完整。当KH560-Al₂O₃@SiO₂含量为1.5wt%时,复合材料的弯曲强度与冲击强度分别为126 MPa和14.7 kJ/m;,比树脂基体分别提高了21.2%和27.8%;材料的热分解温度为392.3℃,比树脂基体提高了14.5℃,力学性能和耐热性得到明显改善。     

纳米SiO2改性环氧树脂及其复合材料性能研究

先采用机械搅拌和超声分散方式在环氧树脂中分散纳米SiO2微粒,通过扫描电镜表征断面的形貌来分析纳米SiO2分散效果,再采用力学性能测试,研究纳米SiO2对环氧树脂及其玻璃纤维增强复合材料性能的影响,结果表明,超声分散效果明显优于机械搅拌分散;纳米SiO2含量对分散效果、环氧树脂及其复合材料力学性能具有显著影响;采用超声分散的1%(质量分数)纳米SiO2改性环氧树脂浇铸体的弯曲强度比未改性的提高了21.2%,其玻璃纤维增强复合材料的弯曲和拉伸强度分别提高了9.7%和7.9%,但层间剪切强度则降低了10.6%。     

SiO2-苯并噁嗪/双马来酰亚胺树脂的固化反应动力学

为改善双马来酰亚胺树脂(BMI)脆性过大、耐热性不足的缺点,以末端含有氨基的纳米SiO₂(SiO₂-NH₂)为原料,通过溶剂法制备出结构中含有SiO₂的苯并噁嗪树脂单体(SiO₂-BOZ),作为改性体系加入到BMI中进行共混,制备出一种耐热性能、韧性良好的新型SiO₂-BOZ/BMI树脂材料,并详细研究了SiO₂-NH₂的添加对BMI固化反应动力学的影响。结果表明,当SiO₂-BOZ添加量达到15.0wt%时,SiO₂-BOZ/BMI树脂复合材料的表观活化能较纯BMI树脂得到了一定程度的降低,SiO₂-BOZ/BMI的弯曲强度达到最大值166.12 MPa,较纯BMI 增加了32.3%,且具有比BMI更好的耐热性能。      

纳米SiO2-端羧基丁腈橡胶改性水性环氧树脂复合材料的制备及性能

以端羧基丁腈橡胶（CTBN）和纳米SiO₂（nano SiO₂）为增韧剂,先利用相反转法将CTBN与环氧树脂（EP）的共聚物制备成乳液,然后加入nano SiO₂进行共混,最后加入固化剂经梯度升温固化制得nano SiO₂-CTBN改性的水性环氧树脂（nano SiO₂-CTBN/WEP）复合材料。通过FTIR、SEM、TEM、万能拉伸试验仪和TG对nano SiO₂-CTBN/WEP复合材料的性能进行表征。结果表明：当CTBN含量为20%（与EP E-51的质量比）时,所制备的CTBN/WEP具有较好的储存稳定性,在此基础上加入nano SiO₂,当其含量为3%时增韧效果最好,nano SiO₂-CTBN/WEP的拉伸强度达14.5 MPa,断裂伸长率达9.1%,冲击强度为11.3 kJ/m²,弯曲强度达22.4 MPa,较未添加nano SiO₂的CTBN/WEP分别提高了40.1%、27.4%、73.9%和72.7%,其初始热分解温度也提高了近25℃。     

纳米SiO2/聚苯硫醚和SiO2-玻璃纤维/聚苯硫醚复合材料的性能

利用纳米SiO₂改性聚苯硫醚（PPS）树脂及玻璃纤维（GF）/PPS复合材料,探究纳米SiO₂对PPS树脂及GF/PPS复合材料性能的影响规律。采用熔融共混工艺制备纳米SiO₂/PPS树脂,并采用热压成型方法制备纳米SiO₂-GF/PPS复合材料,利用SEM、DSC、DMA和力学测试表征不同纳米SiO₂含量的SiO₂/PPS和SiO₂-GF/PPS复合材料。结果表明：纳米SiO₂通过熔融共混工艺能够均匀分散在PPS基体中,并提高PPS结晶度和弯曲性能。添加1wt%纳米SiO₂有效提高了GF/PPS复合材料的力学性能：层间剪切强度提高49.4%,弯曲强度提高30.6%,弯曲模量提高14.6%。纳米SiO₂的添加可以提高GF/PPS复合材料的玻璃化转变温度,同时纳米SiO₂能够改善树脂基体韧性并阻碍裂纹的扩展。     

聚醚砜/双马来酰亚胺-环氧树脂复合材料的微观结构与性能

为研究聚醚砜(PES)增韧双马来酰亚胺(BMI)与环氧树脂(EP)体系的微观结构与性能,采用原位聚合法制得PES/BMI-EP复合材料。通过FTIR和SEM分析可知PES未与BMI-EP树脂发生化学反应,而是与BMIEP分子间存在强烈的相互作用,并以两相结构存在,是多相复合材料。在PES/BMI-EP复合材料中,PES为分散相,相与相之间界面模糊,其断面裂纹不光滑方向发生改变,为典型的韧性断裂形貌;能谱测试结果证明PES与基体间存在相互渗透现象,PES均匀的分散于基体树脂中。力学测试分析结果显示:当PES含量为4wt%时,PES在基体树脂中分散性较好,其弯曲强度与冲击强度达到最高,为144.9MPa和19.7kJ/m2,比BMI-EP基体树脂分别提高41.2%和90%;热失重测试结果显示,适量的PES能提高PES/BMI-EP复合材料的分解温度,过量添加不利于材料分解温度的升高。     

SiO2包覆石墨烯/双马来酰亚胺复合材料的表征及性能

采用硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷(VTMO)改性石墨烯(GE),利用溶胶-凝胶法在GE表面包覆SiO₂微球,得到SiO₂包覆改性石墨烯(SiO₂@(VTMO-GE)),以二烯丙基双酚A(BBA)和双酚A双烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂,4,4′-二氨基二苯甲烷型双马树脂(MBMI)为单体,制备MBMI-BBA-BBE(MBAE)树脂基体;同时,以SiO₂@(VTMO-GE)为增强体,采用原位聚合法制备SiO₂@(VTMO-GE)/MBAE复合材料。对VTMO-GE及包覆效果进行表征和分析,研究SiO₂@(VTMO-GE)增强体与SiO₂@(VTMO-GE)/MBAE复合材料性能之间的关系。结果表明:VTMO成功改性GE,且SiO₂微球均匀包覆在VTMO-GE表面;SiO₂@(VTMO-GE)提高了SiO₂@(VTMO-GE)/MBAE复合材料性能。当SiO₂@(VTMO-GE)掺杂量为2.0wt%时,SiO₂@(VTMO-GE)/MBAE复合材料的冲击强度和弯曲强度达到最大,分别为23.0 kJ/m2和157.4 MPa,较聚合物基体分别提高了150%和58%;在频率为102~104 Hz范围内,介电常数较为平稳,约为70.0;介电损耗约为3.7×10?3,耐热性能随SiO₂@(VTMO-GE)掺杂量的增加有所提高。SiO₂@(VTMO-GE)/MBAE复合材料具有优异的综合性能,为其进一步应用奠定了基础。      

纳米SiO2-氧化石墨烯/环氧涂层的制备及其防腐蚀性能

采用改进Hummers法制备了氧化石墨烯（GO）,并将GO与经硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性的纳米SiO₂进行复合,制备出纳米SiO₂-GO。通过FTIR、XRD、SEM、TEM等分析手段对SiO₂-GO进行表征。采用机械搅拌与超声分散的方法将SiO₂-GO添加到环氧树脂（EP）中。对添加不同质量分数纳米SiO₂、GO和纳米SiO₂-GO的EP基复合材料涂层的物理性能和电化学性能进行测试。结果表明,与纯EP涂层相比,SiO₂/EP、GO/EP和纳米SiO₂-GO/EP复合材料涂层的硬度、附着力和耐腐蚀性能得到显著增强,其中加入2wt%纳米SiO₂-GO/EP复合材料涂层硬度达到5 H,附着力等级达到1级,浸泡24 h后涂层保护效率为99.33%。15天浸泡试验结果表明,添加1.5wt%纳米SiO₂-GO/EP复合材料涂层的硬度达到5 H,附着力达到1级,涂层保护效率仍能达到97.12%。     

环氧树脂/超支化聚酯/纳米SiO2复合材料的制备及性能

采用超支化聚酯与聚硅酸溶胶共混改性环氧树脂,制备了环氧树脂/超支化聚酯/纳米SiO2三元共混体系纳米复合材料。研究了超支化聚酯/聚硅酸溶胶增韧改性环氧树脂固化体系的力学性能及热性能,通过X射线衍射(WAXD)、差示扫描量热(DSC)、热重分析(TGA)及扫描电镜(SEM)等测试手段对材料的微观相态结构与性能进行了表征。结果表明,超支化聚酯/聚硅酸的加入使纳米复合材料的力学性能和热性能得到明显提高。当纳米SiO2的含量为1%(质量分数,下同)时冲击强度比纯环氧树脂提高了10.48kJ/m2,材料的起始热分解温度也提高了27℃。     

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。     

酚化酶解木质素-环氧树脂/环氧树脂复合材料的合成及性能

以酶解木质素(EHL)为原料,采用苯酚-硫酸法对其进行酚化改性,所得酚化木质素(PL)在碱性条件下,与环氧氯丙烷(ECH)合成木质素-环氧树脂(L-EP),利用FT-IR对产物进行表征。探讨单因素反应条件对酚化工艺的影响。结果表明:反应时间3.0h、反应温度95℃、2mol/L H_2SO_4用量为4mL/g时,木质素的酚化效果最佳,其酚羟基含量达到4.632mmol/g,较EHL提高42%。研究了不同L-EP添加量对L-EP/环氧E-51复合材料力学性能和热性能的影响。结果显示:L-EP的添加量为5%时,L-EP/环氧E-51复合材料的拉伸强度最好,较纯E-51提高26%;随着L-EP添加量的增加,L-EP/环氧E-51复合材料的热稳定性增强。采用非等温法分析环氧E-51和L-EP/环氧E-51复合材料的固化动力学,结果证明:L-EP对复合材料固化有一定的促进作用。     

SiO2中空微球改性含硅芳炔树脂及其复合材料的结构与性能

采用SiO₂中空微球对含硅芳炔树脂（PSAC）进行改性,制备了SiO₂/PSAC复合材料,以改善PSAC固化后质脆的缺点,提高PSAC基复合材料的力学性能,拓展PSAC在航空航天领域的应用。对SiO₂/PSAC复合材料和石英纤维布增强SiO₂/PSAC（QF-SiO₂/PSAC）复合材料的结构与性能进行了研究,采用SEM分析SiO₂/PSAC树脂浇铸体和QF-SiO₂/PSAC复合材料断面微观结构,并分析SiO₂的增韧机制。采用DMA和TGA分析了SiO₂/PSAC复合材料耐热性能和热稳定性,虽然SiO₂会导致树脂耐热性能略有下降,但其中空结构使树脂具有优异介电性能。当SiO₂的添加量达2wt%时,SiO₂/PSAC树脂浇铸体弯曲强度达22.3 MPa,失重5%温度为551℃,1 000℃残留率为86.5%;QF-2SiO₂/PSAC复合材料的弯曲强度为298.3 MPa,弯曲模量达31.0 GPa,分别提高了27.5%、59.0%;当SiO₂添加量为5wt%时,QF-5SiO₂/PSAC复合材料的剪切强度提高了16.0%。      

改性纳米SiO2/硅橡胶复合材料的制备及性能

为提高纳米SiO₂在硅橡胶（SR）基体中的分散性及两相间的界面结合力,设计以羟基硅油（HSO）和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）为纳米SiO₂的表面封端改性剂,并将改性SiO₂与双组份加成型液体SR复合得到改性纳米SiO₂/SR复合材料。通过一系列表征手段对改性纳米SiO₂的形貌结构及其在乙醇中的分散性等进行分析,研究了改性纳米SiO₂对纳米SiO₂/SR复合材料的断面形貌、力学性能及热稳定性的影响。结果表明:KH570成功接枝到纳米SiO₂表面并与SR基体间形成化学键。当HSO协同KH570改性纳米SiO₂时,可有效改善纳米SiO₂在SR基体中的分散性能及纳米SiO₂与SR两相间的界面结合性能,并显著提高纳米SiO₂/SR复合材料的力学性能和热稳定性。将SiO₂∶HSO∶KH570以质量比为2.0∶0.2∶0.6处理的改性纳米SiO₂粒子,得到的改性纳米SiO₂/SR复合材料起始热分解温度提高了230℃。当SiO₂∶HSO∶KH570质量比为2.0∶0.2∶0.45时,改性纳米SiO₂/SR复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了约1倍。      

功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用正压过滤法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）网格（巴基纸）,并采用真空辅助RTM工艺制备了MWCNTs网格/环氧树脂复合材料。通过SEM、FTIR、拉伸测试等对MWCNTs网格的微观形貌和性能进行了表征,并研究了MWCNTs网格/环氧复合材料的拉伸性。结果表明,所制备的功能化MWCNTs网格比较均匀,拉伸强度在22~32 MPa之间,拉伸模量约为1 GPa,相比未功能化处理的MWCNTs网格,强度最大提高了约167%。功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的拉伸强度和拉伸模量可达到152 MPa和6.48 GPa,相比空白环氧树脂提高了约1倍以上,拉伸试样断面SEM表明,环氧树脂对功能化MWCNTs网格的浸润效果良好,界面结合紧密,有效地提高了复合材料的力学性能。     

疏水性气相SiO2改性环氧树脂的耐电晕性能

采用砂磨机将疏水性气相SiO₂纳米粒子分散到无溶剂环氧树脂（Epoxy,EP）中,经加热固化后制备了不同掺杂量的疏水性气相SiO₂/EP复合材料,通过XRD检测和SEM表征,证实疏水性气相SiO₂纳米粒子以无定形态均匀分散在EP中。疏水性气相SiO₂/EP复合材料的理化性能测试结果表明:其热稳定性、介电常数、介电损耗和电导率均随纳米SiO₂粒子掺杂量的增加而有所升高;纳米SiO₂粒子掺杂量为2wt%时,击穿场强达到最大值为24.66 kV/mm,较纯EP材料提高了21.35%;疏水性气相SiO₂/EP复合材料耐电晕寿命随纳米SiO₂粒子掺杂量增加而增加。在室温、80 kV/mm电场强度下,纳米SiO₂粒子掺杂量为8wt%时,疏水性气相SiO₂/EP耐电晕寿命可达42.7 h,是纯EP的18.9倍。