阴离子聚合制备PA6/12共聚物的研究

以己内酰胺(CL)和十二内酰胺(LL)为单体,采用阴离子开环共聚制备尼龙6/12(PA6/12)共聚物,主要研究了LL添加量对共聚物热性能、结晶性能、力学性能和断面形貌的影响。研究结果表明,LL的添加量由0%增加到30%时,PA6/12共聚物熔融温度从218.0℃降低到182.6℃,结晶温度由168.9℃降至117.8℃,晶型结构未发生明显变化,但其结晶度由22.88%降低至13.58%,拉伸性能和弯曲性能都有一定程度降低,断裂伸长率由60%增大到325%,并在共聚物拉伸断面观察到大量直径为100nm、长度为1μm左右的纳米纤维状物质。     

苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6复合材料的制备及性能研究

以己内酰胺为单体,经热处理的苎麻纤维(RF)为增强材料,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)成功制备了苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6(APA6)复合材料.主要研究了热处理前后苎麻纤维表面官能团、结晶性能、力学性能和微观形貌的变化,并对复合材料的冲击断面、力学性能和热性能进行了考察.研究表明:当热处理温度为280℃时,苎麻纤维表面的羟基数量显著减少,结晶度略有降低,拉伸强度和模量有所下降,但苎麻纤维的形貌未有明显变化.RF/APA6复合材料中苎麻纤维与树脂的界面结合良好,与APA6相比,复合材料的拉伸强度略有提高,拉伸模量和弯曲性能得到明显提升,同时热稳定性显著提高.     

纺丝温度对中间相沥青炭纤维结构性能的影响

以萘催化合成中间相沥青(MP-1)和热缩聚法制备中间相沥青(MP-2)两种中间相沥青为原料,对其进行簇组成分析、偏光显微镜观察及红外光谱分析,研究其组成及结构.采用实验室气压式单孔纺丝装置在不同温度下对两种中间相沥青进行熔融纺丝,探讨纺丝温度对炭纤维结构及性能的影响.研究表明:MP-1低温获得无规结构,高温出现中心放射状边缘洋葱皮混合结构;MP-2随纺丝温度升高依次出现无规结构、准洋葱皮结构和洋葱皮结构.中间相沥青原料的性质影响着纤维截面结构随纺丝温度变化的规律.     

苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6复合材料的制备及性能研究

以己内酰胺为单体,经热处理的苎麻纤维(RF)为增强材料,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)成功制备了苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6(APA6)复合材料。主要研究了热处理前后苎麻纤维表面官能团、结晶性能、力学性能和微观形貌的变化,并对复合材料的冲击断面、力学性能和热性能进行了考察。研究表明:当热处理温度为280℃时,苎麻纤维表面的羟基数量显著减少,结晶度略有降低,拉伸强度和模量有所下降,但苎麻纤维的形貌未有明显变化。RF/APA6复合材料中苎麻纤维与树脂的界面结合良好,与APA6相比,复合材料的拉伸强度略有提高,拉伸模量和弯曲性能得到明显提升,同时热稳定性显著提高。     

碳纤维网络增强环氧树脂基复合材料的制备与表征

为提高碳纤维/环氧树脂复合材料的刚性和热尺寸稳定性,首先利用短切碳纤维制备了碳纤维网络增强体(CFNR),并将其与环氧树脂复合制备了CFNR/环氧树脂新型复合材料。然后,分别利用扫描电镜和热机械分析仪对CFNR/环氧树脂复合材料的微观结构和热力学性能进行了表征。结果表明:CFNR/环氧树脂复合材料中有明显的网络节点,即碳质粘结点;CFNR/环氧树脂复合材料具有较好的导电性、较高的刚性和较低的热膨胀性,其弹性模量分别为常规短切碳纤维/环氧树脂复合材料及纯环氧树脂的3倍和6倍,平均热膨胀系数(60~200℃)分别为常规短切碳纤维/环氧树脂复合材料的1/15及纯环氧树脂的1/40;随着温度升高,CFNR/环氧树脂复合材料、常规短切碳纤维/环氧树脂复合材料及纯环氧树脂的弹性模量均因环氧树脂变软而降低,当温度高于80℃时,CFNR/环氧树脂复合材料的弹性模量分别约为常规短切碳纤维/环氧树脂复合材料的7倍和纯环氧树脂的近70倍。研究结论可以为开发高刚性、低膨胀聚合物基复合材料提供实验依据和理论指导。     

中间相沥青纤维氧化增重过程

采用热重分析跟踪模拟中间相沥青纤维的氧化稳定化过程,研究升温速率、氧化终温及恒温时间对纤维氧化进程的影响,并在此基础上建立了氧化增重与反应时间和温度的关系。实验发现：在230～290℃空气中反应数小时稳定化能够完成,而且纤维的氧化增重量Δw与反应时间t0.3成很好的线性关系。通过Arrhenius方程拟合计算出不同温度下的动力学参数及活化能,确立了简单而精确的氧化增重与时间及温度的动力学模型,从而可准确把握和预测中间相沥青纤维在恒温空气下氧化增重的进程,实现稳定化。     

以中间相沥青为粘结剂的低密度高导热炭纤维网络体的研究

以中间相沥青为粘结剂, 采用500 ℃低温炭化炭纤维, 经低压模压成型、炭化和石墨化后得到低密度高导热炭纤维网络体。与以1300 ℃炭化炭纤维为原料和以酚醛为粘结剂制备的炭纤维网络体进行了比较。对粘结剂炭收率(热重分析)、样品微观形貌(扫描电子显微分析)、石墨化度及微晶尺寸(X射线衍射分析)等进行了表征。研究结果表明: 由于高炭收率和高片层取向度的中间相沥青与500 ℃低温炭化处理炭纤维共同经历后续热处理时呈现出相近的热收缩率, 因而具备良好的相互粘结性和石墨片层铆接效应, 其制备的炭纤维网络体经石墨化后密度为0.317 g?cm ^-3, 由此制备的相变复合材料的面内热导率为19.30 W·m ^-1·K ^-1, 较纯相变材料(石蜡)提升了80倍, 明显高于以1300 ℃炭化炭纤维为原料, 以中间相沥青和酚醛分别为粘结剂制备样品的面内热导率(17.03和14.47 W·m ^-1·K ^-1)。     

微滴包埋拉出法测定复合材料界面剪切强度的影响因素分析

采用微滴包埋拉出测试的方法,分别测定两种不同表面性质中间相沥青基碳纤维与环氧树脂的界面剪切强度(σIFSS)。从负载-位移曲线读取树脂小球从碳纤维上脱落时的脱粘力值,并利用扫描电子显微镜观察了脱粘树脂小球和碳纤维的状态,然后定量地计算出σIFSS的平均值以及其标准方差、离散系数,并讨论了σIFSS同树脂小球的长度与直径、纤维直径的关系,研究发现:所测量的界面剪切强度值与环氧树脂小球的长径比正比,与纤维直径成反比,与环氧树脂小球的长度和纤维直径的比值反比,与环氧树脂小球的直径和纤维直径的比值成反比。     

短切碳纤维增强尼龙66复合材料注塑成型工艺模拟

采用毛细管流变仪和自制小型模具,对不同质量分数的短切碳纤维增强尼龙66(CF/PA66)复合材料颗粒进行了熔体流动性能分析和注塑成型工艺模拟,实现少量原料快速模拟CF/PA66的注塑成型工艺参数。研究表明:短切CF/PA66复合材料的熔体属于幂律流体,熔体黏度随温度、压力和CF质量分数变化显著,当温度和压力升高到临界值后熔体流变特性从假塑性区进入牛顿区;随着CF质量分数的增加,CF/PA66复合材料适宜成型温度提高。实验中PA66、CF质量分数为10wt%和20wt%的CF/PA66三种颗粒的适宜成型温度分别为278~285℃、280~287℃、290~298℃,通过对熔体进行Bagley压力校正,三种颗粒适宜成型的最小注塑压力分别为24.3MPa、29.4MPa、35.1MPa;将流变仪模拟所得参数应用于注塑成型工艺,所得样品的拉伸强度与流变仪制备的试样非常接近,进一步说明了毛细管流变仪模拟CF/PA66注塑成型过程的可行性和有效性,为其注塑成型工艺条件提供了理论依据。     

碳纤维三维网络体增强环氧树脂复合材料的性能

以酚醛树脂粘结短切碳纤维(SCF)并炭化制得碳纤维三维网络增强体(CFNR),再采用真空袋成型法浸入环氧树脂(EP)制得新型EP/CFNR复合材料。通过显微镜观察CFNR和复合材料的微观结构,采用万能试验机测试力学性能,以及用电阻仪测定导电性能等方法对复合材料进行了评价。结果表明,炭化后的酚醛树脂将SCF粘结成连续的三维网络结构,EP/CFNR复合材料中SCF间有明显可见的炭质粘结点;当SCF质量分数为7.3%时,EP/CFNR复合材料较纯EP,EP/SCF复合材料的弯曲强度分别提高33%,29%,压缩强度分别提高23%,10%,同时,其体积电阻率是EP/SCF复合材料的1/45。