超导电炭黑/NR复合材料电磁性能的研究

采用机械共混法制备了超导电炭黑/天然橡胶(SCCB/NR)复合材料,研究了SCCB用量对复合材料微观结构和电磁性能的影响。结果表明,随着SCCB用量的增加,复合材料的导电率(σ)、电磁屏蔽效能(EMI SE)逐渐增大,当SCCB质量分数为30%时,σ和EMI SE分别为3.87×10-3 S/m和4.91dB,导电率遵循明显的三维"逾渗"行为,逾渗体积分数低至2.54%;复合材料的吸收屏蔽效能大于反射屏蔽效能,呈现以吸收为主导的电磁波衰减机制;复合材料定伸应力逐渐增大,拉伸强度、拉断伸长率先上升后略微下降,保持了橡胶原有的柔顺性。     

功能化碳纳米管/环氧树脂多孔复合材料制备及电磁屏蔽性能

以马来酸酐（MA）为功能性单体,通过自由基反应制备了马来酸酐功能化的多壁碳纳米管（MA-MWCNT）;以MA-MWCNT、环氧树脂、蓖麻油酸改性的四乙烯五胺固化剂、釉粉、水为原料,通过悬浮乳液聚合法制备了功能化碳纳米管/环氧树脂多孔复合材料。采用拉曼光谱、X射线衍射、红外光谱、X射线光电子能谱对功能化的碳纳米管进行了表征和测试。采用扫描电镜（SEM）、表面电阻测量仪、矢量网络分析仪对复合材料的表面形貌、电导率和电磁屏蔽性能进行了测试。结果表明：马来酸酐功能化单体的引入能够很好地改善碳纳米管的分散性能及材料的电磁屏蔽性能;随着碳纳米管含量的增多,复合材料的电导率增大,电磁屏蔽效能峰值增大,材料的电磁屏蔽性能增强;加入功能化的碳纳米管比加入未功能化碳纳米管的电磁屏蔽性能高,多孔复合材料比无孔复合材料的电磁屏蔽性能高。当加入功能化的碳纳米管的量为3%时,制备得到的多孔材料电磁屏蔽性能最佳,其电磁屏蔽性能峰值达到31.1dB。     

石墨烯/聚丙烯复合材料制备及性能研究

以石墨烯(GNPs)为填料对聚丙烯(PP)进行改性,通过球磨和熔融挤出共混的方法制备了一系列不同GNPs含量的GNPs/PP复合材料。用X射线衍射、扫描电子显微镜、电导率测试及拉伸测试等手段对复合材料的结构和性能进行表征分析,研究GNPs含量对复合材料性能的影响。结果表明:随着GNPs含量的增加,复合材料的电导率逐渐增大;当GNPs质量分数为15%时,复合材料的电导率达到0. 127 S/cm;复合材料的电阻逾渗阈值在GNPs质量分数为5%～8%之间。在力学性能方面,随着GNPs含量的增加,复合材料的拉伸强度呈现出先增加后降低的趋势;当GNPs质量分数为3%时,复合材料的拉伸强度达到最大,为35. 658 MPa,比纯PP提高了21. 04%;复合材料的弹性模量随着GNPs含量的增加而增加,在GNPs质量分数为15%时,复合材料的弹性模量比纯PP提高了89. 6%,达到2 068. 54 MPa。本文对制备高导电和高强度的导电聚合物或者导电纤维母粒可以提供一定的参考价值。     

MWCNT/PUF复合材料的电磁屏蔽效能

将多壁碳纳米管(MWCNT)加入硬质聚氨酯泡沫塑料(PUF)中,研究了MWCNT/PUF复合材料的密度、电导率、压缩强度和电磁屏蔽效能(EMI SE)。结果表明,MWCNT/PUF复合材料的密度和压缩强度随MWCNT含量的增加先增大后减小;电导率和电磁屏蔽效能随MWCNT含量的增加而增大,低MWCNT含量时增长速率快。     

拉伸力场对聚丙烯/石墨烯微片纳米复合材料形态和性能的影响

设计了2种挤出机头以产生不同加工力场,研究了聚丙烯（PP）/石墨烯微片（GNPs）纳米复合材料的微观形态、导电及导热性能,分析GNPs在PP基体中的分布形态对复合材料的性能影响。结果表明,收敛流道产生的拉伸力场对GNPs有剥离分散作用,减少GNPs团聚;加入静态混合器后产生的混沌混炼力场能进一步提高GNPs在PP中的分散均匀性,有利于构建导电导热网络,从而提高复合材料的导电导热性能;当GNPs含量为6 %(质量分数,下同)时,相比于无静态混合器的拉伸机头,在带静态混合器的拉伸机头挤出下,电导率增大了5个数量级,热导率提高了24.1 %。     

导电炭黑/杜仲橡胶复合材料导电性能和电磁屏蔽性能的研究

采用机械共混法制备导电炭黑EC-600JD(简称导电炭黑)/杜仲橡胶复合材料,研究导电炭黑用量对复合材料导电性能和电磁屏蔽性能的影响。结果表明:随着导电炭黑用量的增大,复合材料的硬度、定伸应力、拉伸强度和撕裂强度提高,Payne效应增强,电导率和电磁屏蔽效能增大,导电炭黑粒子在橡胶基体中形成导电通路直至形成三维导电网络;当导电炭黑用量为20份时,复合材料的最大电磁屏蔽效能达到33.2 dB,可满足一般工业或者商业用电子设备要求;当导电炭黑用量为25份时,复合材料的电导率达到330 S·m~(-1)。     

碳纳米管/碳纤维增强聚苯硫醚复合材料研究

研究了采用碳纤维(CF)和碳纳米管(CNTs)增强聚苯硫醚(PPS)的力学性能和导电性能。实验分别采用CF和CNTs为添加剂,通过球磨混合后在平板硫化机上进行模压成型,制备出CF/PPS、CNTs/PPS和CNTs/CFPPS/复合材料。采用万能试验机测试复合材料的拉伸性能;采用数字式四探针测试仪测试材料的电导率。实验研究了CF和CNTs含量对其复合材料的导电性能和力学性能的影响,并进一步研究同时添加CF和CNTs对复合材料增强作用。通过分析复合材料的导电性能和力学性能,分别得出CF含量为20%、CNTs含量为15%时复合材料的力学性能和导电性能较理想。采用CF和CNTs同时增强PPS时,当CF添加16%、CNTs添加4%时,CNTs/CF/PPS复合材料性能较好。此外,对CF和CNTs增强机制进行初步讨论。     

细菌纤维素@Fe3O4/AgNWs复合薄膜的制备与电磁屏蔽性能

采用原位共沉淀法在高性能细菌纤维素（BC）表面负载磁性四氧化三铁（Fe3O4）纳米粒子得到BC@Fe3O4，进而采用两步真空辅助抽滤法制得具有磁性导电层级结构的BC@Fe3O4/AgNWs复合薄膜。通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和矢量网络分析仪等对纳米材料和复合薄膜的微观结构与性能进行分析。结果表明：当AgNWs面积含量为1.8 g/m2时，复合薄膜的电磁屏蔽效能（EMI SE）可达56 dB。AgNWs与BC@Fe3O4基体之间具有良好的界面相互作用，使BC@ Fe3O4/AgNWs复合薄膜具有优异的力学性能，拉伸强度和断裂伸长率最高达到84.6 MPa和4.05%。所得柔性、高强且高电磁屏蔽效能细菌纤维素基电磁屏蔽复合薄膜在柔性可穿戴电子设备等领域具有良好的应用前景。     

环氧树脂/石墨烯复合材料的制备及其性能

为提高环氧树脂的导电性能和电磁屏蔽性能,将石墨烯作为导电填料添加到环氧树脂中制备了环氧树脂/石墨烯复合材料,并研究了石墨烯含量对复合材料力学性能及微观形貌的影响。结果表明：添加石墨烯使复合材料的电导率和电磁屏蔽效率显著提高。石墨烯含量为10.0%(w)时,复合材料的电导率和电磁屏蔽效率分别为1.34×10^-3 S/m,2.95 dB;石墨烯含量为7.5%(w)时,复合材料的冲击强度为1.67 kJ/m²,较纯环氧树脂提高了50%。     

多层纤维增强环氧树脂复合材料结构设计与电磁屏蔽效能预测模型

构建渐进导电网络结构是一种降低导电材料电磁波反射率的有效策略。利用芳纶纤维(AF)、还原氧化石墨烯负载芳纶纤维(rGO@AF)与碳纤维(CF),制备多层纤维增强环氧树脂复合材料(AF/rGO@AF/CF/EP),研究CF/EP和AF/rGO@AF/CF/EP的电磁屏蔽性能。通过单层纤维的电磁参数和电导率预测,得到多层纤维增强环氧树脂复合材料电磁屏蔽效能的简化模型。结果表明：单层CF/EP的反射损耗效能(SER)为12.3 dB,总电磁屏蔽效能(SE_T)为40.2 dB,与之相比,AF/rGO@AF/CF/EP的SER降至9.6 dB,SE_T提高至43.6 dB,说明梯度导电网络结构在保证材料屏蔽效能的同时降低复合材料的反射损耗。利用简化模型得到AF/rGO@AF/CF/EP的电磁屏蔽效能为42.6 dB,表明该模型准确预测多层结构复合材料的电磁屏蔽性能。     

基于锥形螺杆挤出单元的熔融沉积成型3D打印机及实验研究

研制了一种基于锥形螺杆挤出单元的桌面式熔融沉积成型（FDM）3D打印机,采用锥形螺杆塑化聚合物并挤出丝条,配合沉积平台的运动打印制品。使用聚乳酸（PLA）、 高密度聚乙烯（PE-HD）材料对设备挤丝性能进行了研究,并研究了打印参数包括电机脉冲频率、走丝间距、层厚等对 PLA 拉伸样条性能的影响。结果表明,自制锥形螺杆挤出式 FDM 打印机具有较好的打印效果,合适的电机脉冲频率、走丝间距、层厚等工艺参数可以使打印制件获得较好的表观质量和强度,而较大的走丝间距使制件的拉伸强度下降了约20 %。     

具有包覆结构的PA6/PET共混体系的设计与制备

以聚己内酰胺（PA6）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）粒料为原料,利用高压毛细管流变仪研究了材料体系的基本流变行为和分相条件,进而通过双螺杆挤出机制得了具有包覆结构的PA6/PET共混物。通过调节挤出过程中的剪切速率研究了两种组分的黏度比对最终制品中包覆结构的影响。结果表明,PET最终能够迁移至挤出物表层对PA6相产生包覆;在两组分界面处,PET的聚集程度沿半径方向呈梯度变化,这一结构为最终材料提供了良好的界面性能;两组分间的熔体黏度是否相互匹配是包覆结构形成的前提条件;存在一最优的剪切速率范围及黏度比范围,在该加工范围内得到的最终材料的包覆结构较为完善并且耐腐蚀性能较为优异。     

可“点击”交联炔基功能化乳液的制备及性能研究

将乙炔基功能化的甲基丙烯酸酯单体 1-乙炔基环己基甲基丙烯酸酯（ ECMA）与丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯进行三元乳液共聚,制备出炔基功能化的乳液,利用三羟甲基丙烷三（ 3-巯基丙酸酯）与炔基的巯 -炔光“点击”反应制得交联乳胶膜。采用 1H NMR、FT-IR、GPC等对聚合物的结构进行表征,并测试了光交联前后胶膜的力学性能及耐热性能的变化,从而评估其是否可以作为水性涂料基料。结果表明：在聚合过程中 ECMA上的乙炔基保留率在 95%以上;乳液平均粒径均小于 50 nm,且分布均匀;对于 ECMA-1,交联后失质量率为 5%时的温度比交联前升高 60 ℃,热稳定性显著提高;并且随 ECMA比例增大,交联后乳胶膜的拉伸强度逐渐提高, ECMA-3光交联后乳胶膜拉伸强度比未交联的提高 3倍,断裂伸长率有所减小。炔基功能化为甲基丙烯酸酯聚合物的交联改性提供了一种新的、方便的手段,也为制备水性涂料提供了一种新的方法。     

POE/PPR制备非PVC输液袋外层与中间层

聚氯乙烯(PVC)输液袋具有质轻、不易破损、易于加工成型、阻隔性好等多种优点,然而PVC及其各种添加剂对人体的健康和环境存在很大的隐患。基于此,研究了可高频焊接的非PVC输液袋材料,根据外层和内层的材料要求,主要选取不同牌号和配比的聚烯烃弹性体(POE)/无规共聚聚丙烯(PPR)共混物来作为三层共挤出输液袋的外层和中间层。通过拉伸性能测试、硬度测试、维卡软化温度测试以及X射线衍射测试考察了共混物结构与性能,结果表明选取20%POE VM3000共混PPR作为外层材料,拉伸强度达22 MPa,断裂伸长率达850%,维卡软化点为121℃,基本满足外层材料对透明性、力学性能、耐121℃高温蒸煮试验的要求;选取80%POE VM3000共混PPR作为中间层材料,拉伸强度达17 MPa,断裂伸长率达850%,硬度为82,维卡软化点为71.1℃,基本满足了透明度、力学性能,更满足了输液器材料柔软性和中间层材料耐热性的要求。     

熔融沉积方式对PLA/TPU体系冲击性能的影响

以聚乳酸(PLA)为基体、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)为改性剂,采用熔融共混法通过双螺杆挤出造粒,并经线材机制得直径为(1.75±0.05)mm的三维（3D）打印线材,再进行熔融沉积成型(FDM)为PLA/TPU 3D打印制品。通过摆锤式冲击试验机、扫描电子显微镜等仪器设备研究了相形态（TPU含量）和沉积方式对PLA/TPU体系冲击性能的影响。结果表明,TPU的加入使PLA冲击韧性增强,提高幅度为631.0 %;熔融沉积方式对PLA/TPU共混体系缺口冲击强度有显著的影响,其中45 °/45 °时冲击强度较高,提高幅度为101.9 %;该研究可以为设计FDM模式的3D打印工艺参数提供科学依据。     

加工方式对纳米碳酸钙母料的制备及其聚乳酸复合材料性能的影响

采用母料法即通过连续混炼机和双螺杆挤出机分别制备了纳米碳酸钙（nano-CaCO3）母料,后将母料按照一定配比添加到聚乳酸（PLA）树脂中进行注塑。通过热重分析仪、扫描电子显微镜和旋转流变仪等对复合材料进行了分析表征,探讨了母料法加工工艺对nano-CaCO3在PLA树脂中分散的影响。结果表明,连续混炼机制备的母料更有利于nano-CaCO3在PLA基体中分散,降低复合材料复数黏度、提高结晶度;同时当添加母料含量相同时,连续混炼母料对复合材料拉伸强度“损失”程度更低,对缺口冲击强度“补强”程度更高。     

基于正交实验的熔融沉积成型工艺参数的优化

采用商用聚乳酸（PLA）线材作为熔融沉积成型(FDM)打印材料,以拉伸强度和冲击强度为优化指标,设计正交试验,从分层厚度、打印速度、喷嘴温度、填充角度等元素探究成型工艺参数对FDM打印制件力学性能的影响。利用极差分析法,考察了各工艺参数对制件力学性能的影响情况,通过综合评分法和综合平衡法,获得了最优成型工艺参数组合并验证试验结果正确性。结果表明,分层厚度为0.3 mm,打印速度为90 mm/s,喷嘴温度为220 ℃,填充角度为45 °/45 °时,FDM制件的力学性能最优。     

热反射隔热涂料自然暴露后反射性能试验研究

对制备的5种热反射隔热涂料开展了2 a的自然暴露试验。研究分析了5种不同组成体系热反射隔热涂料产品的太阳光反射比、近红外反射比、半球发射率、明度值等性能变化规律。结果表明：自然老化前后的反射性能与基材种类无关;自然老化后,样品半球发射率变化不大,相同热反射隔热涂料样品的半球发射率基本在0.8～0.9之间,5种热反射隔热涂料的太阳光反射比经过24个月的自然暴露后,太阳光反射比的衰减都在30％以上。     

基于拉伸流变挤出的马来酸酐接枝聚丙烯性能

使用新型的拉伸流变挤出机制备聚丙烯马来酸酐接枝物(PP-g-MAH)。相比于传统双螺杆挤出,基于拉伸流变挤出的PP-g-MAH具有较稳定的单体接枝率(相对接枝率在6%~7%),受设备参数影响较小,单体残留率较低。拉伸流场对聚丙烯(PP)分子链降解程度较低,分别测定了拉伸流场和剪切流场下,不同转速对PP-g-MAH的接枝率/熔体流动速率(G/M)比值的影响,发现前者的产物的G/M比值随转速增加而增加,表明拉伸流场对PP分子链降解程度较低。在PP-g-MAH相对接枝率均为6%的条件下,利用拉伸流变挤出制备的PP-g-MAH的拉伸强度比双螺杆挤出产物高25%。分别和PP以不同比例共混,前者挤出的PP共混物的冲击强度比双螺杆挤出的高11%~35%。     

PS/PET/GF三元复合材料SLS工艺参数耦合实验研究

为了研究选择性激光烧结工艺参数对聚苯乙烯（PS）/聚酯纤维（PET）/玻璃纤维(GF)三元复合材料烧结件质量的影响,选取分层厚度、扫描速度和扫描间距3个工艺参数进行耦合实验,分析总结了尺寸精度和弯曲强度的变化规律和原因。其中,x和y方向对PS/PET/GF复合粉末烧结件尺寸精度的工艺参数变化影响较小,而z向对其影响较大,弯曲强度主要受成型过程中激光能量密度的影响。结果表明烧结件的弯曲强度和精度呈此消彼长的变化规律,这对选择合适的工艺参数来提高烧结件的质量提供了实验依据。