低密度高导热CF/EP复合材料的制备及性能

将碳纳米管(CNT)和空心玻璃微珠(HGS)添加到环氧树脂(EP)中,利用模压工艺制备碳纤维(CF)/EP复合材料。结果表明：同时添加CNT和HGS可以有效降低CF/EP复合材料的密度,改善复合材料的力学性能,提高复合材料的导热性能,且当CNT和HGS质量比为1∶4时,复合材料综合性能最优,与不添加CNT和HGS的CF/EP复合材料相比,该复合材料的密度下降了8.8%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了22.0%和30.1%,拉伸强度提高了8.9%,导热系数提高了87.1%。     

碳纳米管改性醚酐型聚酰亚胺复合材料的制备和表征

采用固相机械共混方法利用碳纳米管（CNT）对醚酐型聚酰亚胺（PI）模塑粉进行改性,然后通过热模压工艺制备CNT改性PI复合模压材料（PI/CNT）,考察了不同CNT含量对材料力学性能、热稳定性能及导热性能的影响。测试结果表明,随着CNT质量分数的增加,在10%～40%范围内,PI/CNT复合材料主要力学性能呈现先增加后降低的趋势,但仍明显优于纯PI材料。当CNT质量分数为30%时,复合材料主要力学性能达到最佳,弯曲性能和拉伸性能提升至201和139 MPa,相比未改性PI分别提高了29%和10%;添加40%CNT后PI/CNT-40导热系数提高至0.83 W/（m·K）,是未改性PI材料的3.32倍;氮气氛围中PI/CNT-40材料5%热失重温度（T5%）提升至569℃,玻璃化转变温度（Tg）提高到282℃,显示出优异的导热性能、热稳定性和力学性能。     

碳纳米管对聚芳硫醚复合材料力学性能的影响

通过超声辅助自然沉积的方式将碳纳米管(CNT)分散到纤维表面,制备得到了聚芳硫醚/玻纤布/CNT多级复合材料。采用扫描电子显微镜和力学性能对复合材料进行表征。结果显示,CNT的引入有助于纤维与树脂基体间的应力传递,复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别提升18%和12%;表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵的加入有助于CNT在纤维表面的均匀分散,减弱CNT团聚效应,降低了CNT团聚而引起的复合材料缺陷,提高了CNT对复合材料力学性能提升的效果。相较于无CNT体系,表面活性剂改性的复合材料拉伸强度和弯曲强度分别提升28%和21%。     

陶瓷晶须填充POM复合材料的制备及其性能研究

以陶瓷晶须为填料制备了聚甲醛(POM)填充复合材料,研究了陶瓷晶须含量对POM复合材料力学性能、热性能、熔体流动性能的影响。结果表明:适量陶瓷晶须的加入使POM复合材料的力学性能和热稳定性得到改善,并且对材料的熔体流动性影响不大。其中,当陶瓷晶须含量为15%时,POM复合材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度、弯曲模量和热变形温度比纯POM分别提高了9.5%、11.1%、21.5%、44%和29%,而熔体流动速率(MFR)则仅下降了5.8%。     

混杂碳质填料对聚丙烯流变性能的影响

为研究多种碳质填料混杂对聚丙烯(PP)流变性能的影响,采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)/石墨烯(GNP)/碳纳米管(CNT)/炭黑(CB)复合材料,采用旋转流变仪研究了复合材料的流变行为。结果表明,加入的碳质填料,显著提高了复合材料的储能模量(G')、损耗模量(G″)以及复数黏度(η*)。在相同含量下,PP/CNT复合材料流变逾渗值最小,其次是PP/CB,最后是PP/GNP。当CNT含量超过0.5%时,PP/GNP/CNT复合材料出现了模量平台;当CB含量超过3%时,PP/GNP/CB复合材料出现模量平台;CNT与CB的协同作用最佳,CNT和CB的加入有利于GNP的分散;GNP与少量的CNT和CB共混能使G'、G″以及η*得到明显提高,同时,能够大幅减小流变逾渗值;纯PP以及PP/GNP复合材料的损耗因子随频率的增加而下降,PP/CNT、PP/CB、PP/GNP/CNT/CB复合材料损耗因子随频率增加呈先升高后下降的趋势。     

基于UHMWPE纤维低度交联与表面改性制备高模量、高强度UHMWPE/EP复合材料

从工业化生产应用角度研究电晕处理直接作用于超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维编织布织布表面，探究纤维表面交联和界面改性对复合材料力学性能的影响。利用X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和扫描电镜(SEM)对UHMWPE纤维表面物理性质和化学组成进行表征。采用差示扫描量热仪(DSC)对电晕处理前后纤维结晶度和热稳定性进行表征。当电晕处理功率达到3.0 kW时，UHMWPE-C3.0kW/EP复合材料的冲击强度、弯曲强度和弯曲模量达到了167.4 kJ/m²、121.3 MPa和9.3 GPa,相较于未处理UHMWPE/EP复合材料分别增加了31.5%、64.8%和190.6%。结果表明，通过电晕处理强化了纤维表面与树脂界面黏接强度，有利于复合材料对外力的传递分散，并通过强界面破坏吸收能量及UHMWPE纤维的断裂和形变提高了复合材料的抗冲击和抗弯性能。     

PET/碳纳米管复合材料的结晶性能和力学性能研究

采用熔融共混法制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯/碳纳米管(PET/CNT)复合材料。研究了CNT用量对PET/CNT复合材料结晶性能和力学性能的影响。结果表明:CNT对PET基体具有明显的异相成核作用,显著提高了PET的熔融温度和相对结晶度;PET/CNT复合材料的断裂强度和屈服强度随着CNT用量的增加先提高后降低,在CNT用量为1%时达到最大值;PET/CNT复合材料的断裂伸长率随着CNT用量的增加呈先降低后提高的趋势;随着CNT用量的增加,PET/CNT复合材料的弯曲强度和弯曲模量呈先增大后减小的趋势;而复合材料的冲击强度随着CNT用量的增加先减小后增大。     

环氧树脂/甲基环己基次膦酸铝阻燃复合材料性能研究

以甲基环己基次膦酸铝(AMHP)作为环氧树脂(EP)的阻燃剂,着重研究了AMHP对EP/ AMHP阻燃复合材料的阻燃性能、力学性能及热稳定性能的影响。结果表明,添加15 %(质量分数,下同) 的AMHP就可以使阻燃复合材料的极限氧指数达到28.6 %,UL 94测试达到V-0级标准,700 ℃时的残炭率为16.34 %,玻璃化转变温度（Tg）明显提高;随着AMHP的加入,阻燃复合材料的冲击强度降低,弯曲强度和弯曲模量略有下降。     

CNT基木塑复合材料的力学性能、电磁屏蔽性能

采用碳纤维(CF)和碳纳米管(CNT)通过模压工艺制备出具有电磁屏蔽功能的丙烯酸酯木塑复合材料。借助材料试验机、动态热机械分析仪、微欧计和电磁屏蔽测量仪等详细研究CNT质量分数对丙烯酸酯木塑复合材料弯曲性能、动态力学性能、电阻率和电磁屏蔽效能的影响。结果表明,添加质量分数为2%的CNT,使得复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量分别增加了10%和16%。复合材料的储能模量也在CNT质量分数为2%时达到最大值,之后储能模量随着CNT的增加而逐渐下降,损耗因子在CNT质量分数多于2%时也逐渐增加。复合材料的吸水率和导电性能随着CNT含量的增加而增加。同时复合材料的电磁屏蔽效能也随着CNT含量增加而递增。在30~1 500 MHz范围内,电磁屏蔽效能从27 d B增加到40 d B。结果证明,当CNT质量分数在2%时,丙烯酸酯木塑复合材料具有较佳的力学性能和较好的电磁屏蔽效能(30 d B),能满足商业要求。     

不同相容剂对FDM用PLA/木粉复合材料性能的影响

采用熔融沉积制造(FDM)工艺制备了聚乳酸(PLA)/木粉复合材料,研究了3种相容剂PLA-g-MAH(马来酸酐接枝聚乳酸)、POE-g-MAH(马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物)和EPDM-g-MAH(马来酸酐接枝三元乙丙橡胶)对复合材料力学性能、加工流动性和热稳定性的影响,并使用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样断面形貌。结果表明:与相容剂添加前相比,加入相容剂后复合材料的拉伸强度、冲击强度和弯曲模量均有所提升,且加工流动性得到改善,热稳定性提高,线材成型变得容易,打印试样的质量变好。其中以POE-g-MAH对复合材料的力学性能提高最大,复合材料的拉伸强度提高了32.11%,冲击强度提高了38.43%,弯曲模量提高了15.68%,对加工流变性能和热稳定性改善效果最好,打印试样质量好、精度高。SEM观察结果显示,相容剂的添加使复合材料裸露的木粉减少,木粉与PLA基体的两相界面变得模糊,其中POE-g-MAH的改性效果最佳。     

改性HNTs对UHMWPE力学性能、热学性能的影响

为进一步获得高性能的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）材料，以有机物乙酸钾为改性剂改性埃洛石纳米管（HNTs），制备杂化HNTs。通过熔融混合后模压的方式制备不同改性HNTs含量的UHMWPE/HNTs纳米复合材料。研究改性剂对HNTs结构的影响及改性HNTs对复合材料力学性能与热稳定性的影响。结果表明：乙酸钾增加了HNTs的层间距，弱化分子内的作用力。改性HNTs的用量为3 g时，复合材料的拉伸强度最大，为25.5 MPa。改性HNTs用量5 g时，复合材料的断裂伸长率和冲击强度较未加入HNTs时分别下降了20%和3.3%；弯曲强度和维卡软化点较未加入HNTs时分别提高1 MPa、3.5℃。改性HNTs的加入提高了UHMWPE的热稳定性及部分力学性能。     

选择性激光烧结碳纳米管/木塑复合材料力学性能研究

为了提高绿色环保木塑复合材料的选择性激光烧结(SLS)制件的力学性能,以松木粉和高分子材料聚醚砜(PES)粉末及极少量的碳纳米管(CNT)为主要组分,通过选择性激光烧结方法 (SLS)制备了碳纳米管/木塑复合材料制件,研究了CNT含量对于SLS制件力学性能、烧结机理及弯曲断口形貌的影响。结果表明,当CNT的含量由0.05%逐渐升至0.15%时,制件的拉伸强度、弯曲强度和弹性模量呈现出先升高后降低的趋势,在含量为0.1%时最高。与未加入CNT的制件相比,弯曲强度增大76.3%,弯曲模量增大227.9%,拉伸强度增大128.7%。通过弯曲断口分析,CNT的添加改变了制件的微观组织形貌与烧结机理,对于制件的力学性能的提高有积极作用。     

碳酸钙晶须对HDPE/木粉复合材料力学性能和热稳定性影响

采用碳酸钙(CaCO_3)晶须与木粉、高密度聚乙烯(HDPE)复合,通过挤出和注塑制备CaCO_3/HDPE/木粉复合材料。借助材料试验机、热重分析仪等研究CaCO_3晶须质量分数对HDPE/木粉复合材料力学性能、吸水率和热稳定性的影响。结果表明,CaCO_3晶须可以有效改善HDPE/木粉复合材料的力学性能。拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了43. 7%、19. 3%、20. 1%。通过60℃热水浸泡实验,发现HDPE/木粉复合材料的吸水率得到进一步降低。热重分析结果证实CaCO_3晶须的加入在一定程度上改善了HDPE/木粉复合材料的热稳定性。     

热处理温度对苎麻纤维增强酚醛树脂复合材料性能影响

将低成本的天然苎麻原麻纤维(RF)分成4组,取3组在氮气气氛中分别对其做150,180,210℃热处理,另一组不做处理。然后采用真空浸渍和模压成型的方法制成酚醛树脂/RF (PF/RF)复合材料。探究了RF不同热处理温度对PF/RF复合材料热稳定性、动态力学性能、拉伸性能、弯曲性能的影响,并采用扫描电子显微镜观察其断裂面的形貌。结果表明,热处理RF能够提高复合材料的性能,当热处理温度为180℃时,复合材料的高温热稳定性最好;其储能模量、拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量最优,与未处理相比分别提高15.89%,28.5%,27.4%,16.72%;当热处理温度为150℃时,复合材料的拉伸弹性模量最优,与未处理相比提高了22.31%;热处理能够有效除去RF中的水分,使纤维与树脂结合更好。     

废胶粉、滑石粉改性PA66/GF复合材料的制备与性能

采用硅烷偶联剂KH560表面改性废胶粉(WRP)、环氧树脂E44改性滑石粉(Talc),以尼龙(PA)66/玻璃纤维(GF)复合材料为基体,制备了WRP,Talc及两者协同改性的PA66/GF复合材料,研究了WRP,Talc及两者协同作用对复合材料力学性能、结晶性能和热稳定性能的影响。结果表明,当3份WRP经过1份KH560处理后,其与PA66/GF基体间的界面粘结性明显得到改善,其改性的复合材料弯曲强度和冲击强度最高,分别比PA66/GF基体提高了11.09%和2.05%。当1份Talc经过3份E44处理后,其在基体中具有良好的分散性,改性的复合材料弯曲强度和冲击强度达到最大,分别比基体材料提高了13.89%和8.42%。WRP与Talc均能促进复合材料的结晶,但两者协同作用对复合材料结晶性能没有明显的影响。采用1份KH560处理的3份WRP协同3份E44处理的1份Talc对复合材料进行改性,可使弯曲强度和冲击强度相比基体分别提高16.97%和6.25%,且使复合材料具有良好的热稳定性能,达到了低成本WRP和Talc改性制备高性能橡塑复合材料的目的。     

碳纤维增强聚甲醛复合材料的制备及性能研究

以碳纤维为增强体,用双螺杆挤出机共混制备了碳纤维增强聚甲醛复合材料,研究了碳纤维含量对复合材料的力学性能、热性能、熔体流动性能的影响。结果表明,碳纤维的加入大幅提高了复合材料的力学性能,改善了热稳定性能,但熔体流动速率减小;当碳纤维质量分数为25%时,复合材料的弯曲弹性模量、弯曲强度、拉伸强度、缺口冲击强度、断裂伸长率分别为19.8 GPa,187 MPa,153 MPa,16.2 kJ/m2,0.52%,综合力学性能最佳。     

酚醛树脂/磷酸铝复合材料的制备及性能

以自制的磷酸铝为无机填料,采用热压法制备酚醛树脂(PF)/磷酸铝复合材料,研究了磷酸铝的含量对复合材料力学性能的影响。结果表明,当磷酸铝质量分数为9%时,PF/磷酸铝复合材料的弯曲强度达到最高,与纯PF相比提高了12%,冲击强度提高了95%;磷酸铝质量分数为6%时,复合材料的冲击强度达到最高,与纯PF相比提高了151%。在此基础上,研究了磷酸铝质量分数为9%的复合材料与纯PF在固化性能、热稳定性能及摩擦磨损性能等方面的对比情况。结果表明,磷酸铝使PF的固化变得平稳,在纯PF的固化温度下,复合材料可以完全固化;与纯PF相比,复合材料失重5%时的温度由125℃提高至224℃,在700℃的失重率由99%降低至41%,热稳定性能得到大幅提高;复合材料的摩擦系数相比纯PF略有升高,但磨损率相比纯PF降低了85%,耐磨损性能得到提高。     

PP/核桃壳粉复合材料的制备与性能研究

以核桃壳粉(WSP)为填料,采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)/WSP复合材料。研究了聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)界面相容剂、三元乙丙橡胶(EPDM)弹性体等对PP/WSP复合材料力学性能和热稳定性的影响。结果表明:PP-g-MAH界面相容剂能够改善WSP与PP的界面相容性,增强界面黏结强度,提高复合材料的力学性能,添加7%的PP-g-MAH可以使WSP用量为50%的PP/WSP复合材料的拉伸强度提高49.5%,弯曲强度提高52.9%;而添加EPDM弹性体的PP/WSP复合材料的韧性显著改善。WSP对聚合物基体的热稳定性有一定促进作用。     

长纤维增强PP复合材料的制备与性能研究

通过开炼–模压成型工艺方法,制备了长玻璃纤维(LGF)增强聚丙烯(PP)复合材料,首先研究了β成核剂对纯PP力学性能和结晶性能的影响,在此基础上研究了LGF对PP/LGF复合材料力学、结晶性能及热稳定性的影响,最后探讨了增容剂马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(EPDM-g-MAH)对复合材料力学性能的影响。结果表明,β成核剂可以改善PP的冲击韧性,但降低了PP的拉伸和弯曲强度,当β成核剂质量分数为0.2%时,PP的综合性能最好;随LGF含量增加,PP/LGF复合材料的拉伸、弯曲和冲击强度及结晶度总体上呈先增大后减小的趋势,不同LGF含量下的复合材料起始热分解温度均在390℃以上,当LGF质量分数为20%时,复合材料的综合性能最好;少量的EPDM-g-MAH能改善LGF与PP基体的界面相容性,大幅增强了复合材料的韧性,其最适宜的质量分数为10%。     

相容剂对稻糠/聚丙烯复合材料加工性能和尺寸稳定性的影响

通过反应挤出法制备了马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)相容剂,研究了POE-g-MAH对稻糠/聚丙烯(PP)复合材料力学性能、加工性能和尺寸稳定性的影响。结果表明:POE-g-MAH增容效果优于马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(EPDM-g-MAH)和马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH),能显著提高复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和尺寸稳定性;EPDM-g-MAH和PP-g-MAH对复合材料加工性能影响不大,而POE-g-MAH使稻糠/PP复合材料的最大转矩和平衡转矩明显降低,加工性能得到改善。