聚吡咯/多壁碳纳米管及其聚氨酯导电复合材料的制备和性能

以羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)做模版剂,采用化学氧化法将吡咯(Py)在羧基化MWCNTs表面聚合制备PPy/MWCNTs导电材料,将其添加到溶剂型聚氨酯(PU)溶液中制备了PPy/MWCNTs/PU导电复合材料,研究了Py用量对PPy/MWCNTs及其PU复合材料性能的影响.研究表明,随Py用量的增加,PPy/MWCNTs的长度不变,管径增大,sp~2和sp~3杂化C含量先提高后减少,N的掺杂梯度降低,PPy/MWCNTs的导电率高于羧基化MWCNTs和PPy.当Py用量为羧基化MWCNTs的20%时,其导电率最大.PPy/MWCNTs中N元素的掺杂程度及其管径变化是引起PPy/MWCNTs/PU复合材料的性能不同的主要原因.增加Py用量,MWCNTs中亲水的羧基因对PPy掺杂而消耗,相同导电材料用量时纳米导电粒子数目相对减少,PPy/MWCNTs/PU复合材料的耐水性能提高,定向应力、储能模量和玻璃化温度降低,导电率先增加后减小.当Py用量为羧基化MWCNTs的15%时,导电率最大.     

膨胀蛭石填充聚甲醛复合材料的制备与性能

采用经硅烷偶联剂和十六烷基三甲基溴化铵有机插层处理的膨胀蛭石微粉(EV)填充改性聚甲醛(POM),通过熔融共混制备POM/EV复合材料,并讨论了EV含量对复合材料的力学性能及热稳定性的影响.研究结果表明:当EV添加量为2%(w)时,复合材料的断裂伸长率为66.2%,较纯POM提高44.5%;弯曲强度和缺口冲击强度分别为77.7 MPa和6.15 kJ/m~2,分别较纯POM降低了7.9%和2.4%.此外,当EV的添加量为5%(w)时,复合材料的结晶点较纯POM提高了1.4℃;且随着EV添加量的增加,复合材料的热稳定性越好.     

纳米纤维素晶须的表面改性及其在环氧树脂中的应用

以棉纤维素为原料,采用硫酸水解法制备了纳米纤维素晶须.以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为分散介质,二甲基氨基吡啶(DMAP)为催化剂,十二烯基琥珀酸酐为酯化剂对纳米纤维素晶须进行化学改性,得到了一系列取代程度不同的改性产物(记为DCNW).采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对DCNW的结构和性能进行了分析和表征.选择表面取代度为0.3的改性产物作为复合材料的增强相.该改性产物能在丙酮中均匀分散和稳定悬浮,并且保持了改性前纳米纤维素晶须的棒状形态和高结晶度.将其分散于环氧单体中,通过浇铸法制备了纳米复合材料,考察了改性纳米纤维素晶须添加量对纳米复合材料拉伸性能、动态力学性能及耐湿热性的影响规律.结果表明,与空白环氧树脂相比,添加了改性纳米纤维素晶须的纳米复合材料的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率都得到了提高.玻璃化转变温度、耐湿热性也得到了显著改善.其中,当改性纳米纤维素晶须的添加量为3.5%时,拉伸强度从纯环氧的39.85 MPa提高到72.33 MPa,增加了82%;杨氏模量增大了21%;断裂伸长率从纯环氧树脂的2.45%提高到7.29%,增加了198%;Tg值从纯环氧的103.4℃,提高到134.1℃;吸水率从1.9%下降到1.4%.     

有机化高岭土/聚异丁烯热熔压敏胶的制备及性能

将聚二甲基硅氧烷(PDMS)接枝到高岭土(Kaolin)表面,然后利用二甲基亚砜(DMSO)插入接枝高岭土片层间,制备了聚二甲基硅氧烷接枝插层型高岭土(PDMS-Kaolin)。通过红外光谱、X射线衍射分析、表面水接触角测试及热重分析表征了高岭土的有机化改性效果。以PDMSKaolin为填料与聚异丁烯(PIB)经转矩流变仪制得PDMS-Kaolin/PIB热熔压敏胶,并探究了PDMS-Kaolin的质量分数对热熔压敏胶结构稳定性、黏接性能和热性能的影响。结果表明:与纯PIB热熔压敏胶相比,PDMS-Kaolin/PIB热熔压敏胶中当PDMS-Kaolin的质量分数大于0.5%时,其结构稳定性、180°剥离强度和热性能都得到提升,其中剥离强度在PDMS-Kaolin的质量分数为1%时达到最大值0.659N/mm,较纯PIB热熔压敏胶提高了11%,继续增大PDMS-Kaolin的质量分数,剥离强度会出现急剧下降,当增至2%时,剥离强度降至最低而体系的热性能达到最佳。     

聚乳酸纤维对热塑性淀粉塑料性能的影响

为增强热塑性淀粉(TPS)的力学及耐水性能,通过挤出注塑工艺制备了聚乳酸纤维(PLAF)增强的TPS复合材料(PLAF/TPS)。采用万能试验机、扫描电镜(SEM)、接触角测定仪、热重分析仪(TG)和转矩流变仪对PLAF/TPS复合材料的性能进行了表征。结果表明:适量的PLAF能够较好地分散在TPS基体中,并与淀粉分子形成氢键,从而显著增强TPS的力学及耐水性能。当PLAF的添加量(质量分数)为1.0%时,复合材料的拉伸强度及冲击强度从纯TPS的1.98 MPa、33.45kJ/m~2提高到6.79MPa、43.71kJ/m~2,断裂伸长率有所下降;PLAF的添加能使复合材料表面的接触角由纯TPS的46.3°增加到最大88.5°,耐水性能显著改善;PLAF使TPS的热稳定性略有提高;PLAF/TPS复合材料的加工性能随着PLAF添加量的增加而变差,当PLAF添加量为1.0%时,PLAF/TPS适宜加工成型。     

碳纳米管改性环氧树脂的导热和阻燃性能

以双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)环氧树脂(Epoxy Resin,EP)为基体、甲基六氢苯酐(MHHPA)为固化剂、以多壁碳纳米管(MWCNTs)为添加剂制备了环氧树脂/碳纳米管纳米复合材料。通过对微观结构、玻璃化转变温度(Tg)、热失重、热导率和锥形量热测试结果分析,研究了质量分数少于1.5%的MWCNTs对环氧树脂的导热和阻燃性能影响,结果表明,MWCNTs质量分数为1.5%时,复合材料发生团聚;纳米复合材料随着MWCNTs质量分数的增加Tg值先增加后降低;失重5%时,对应的温度先增加后降低,残炭量增加;样品的热导率呈现先升高后降低的趋势,当MWCNTs质量分数为1%时,复合材料的热导率最大;MWCNTs加入后环氧树脂的总释热量减少,释烟量增加,阻燃性得到一定程度的提高。     

碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

选择不同纱线间距[即二经(纬)纱之间的中心距]尺寸的碳纤维三向织物, 采用热压成型技术制备了碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料. 研究了纱线间距及样品裁剪角度等对力学性能的影响, 并与碳纤维二向织物/环氧树脂复合材料的力学性能进行对比. 结果表明, 随着纱线间距尺寸从2 mm增加到6 mm, 0°方向断裂强度从221.7 MPa下降到148.1 MPa, 撕裂强力从1000 N下降到600 N; 90°方向断裂强度从50.0 MPa下降到22.1 MPa, 撕裂强力从330 N下降到100 N; 顶破强力从424 N下降到216 N. 这些力学性能的逐渐降低是单位面积的碳纤维增强体含量减少和织物的孔洞增大共同作用的结果. 纱线间距为2 mm的碳纤维三向织物复合材料在0°(以纬纱为基准), 30°, 45°, 60°和90°方向的断裂强度分别为221.7, 48.5, 44.3, 227.7和50.0 MPa, 即断裂强度在0°和60°方向大于在30°, 45°及90°方向. 由三向织物的编织原理可知, 0°与60°方向完全相同, 因此其断裂强度相似, 且样品中有一组纱线与外加载荷平行, 对形变破坏具有一定的约束作用, 而30°, 45°和90°方向样品中三组纱线所在的方向均和外加载荷存在一定的夹角, 有效分散外加载荷的能力减弱. 对比碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料与碳纤维二向织物/环氧树脂复合材料的断裂强度、 撕裂强力和顶破强力发现, 前者的综合性能明显优于后者, 碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料的断裂强度、 撕裂强力、 顶破强力分别为221.7 MPa, 1000 N和424 N, 三向织物的优势得到凸显, 为后续制备多种类型的碳纤维三向织物复合材料及应用奠定了基础.     

聚氨酯/氮化硼纳米片复合材料的制备及形状记忆性能研究

在聚氨酯(PU)制备过程中,加入球磨法制备得到的氮化硼纳米片(BNNS)分散液,制备PU/BNNS复合材料体系。采用X-射线衍射、傅里叶红外光谱和扫描电子显微镜对样品的分子结构和微观形貌进行表征,并考察样品的力学性能、形状记忆性能和自修复性能。结果表明：BNNS引入后,复合材料的力学性能得到显著提升。当加入BNNS含量为0.5 wt%时,拉伸强度达到14.8±1.5 MPa,比纯PU提升了138.7%。BNNS具有良好导热性能,能改善复合材料的形状记忆性能。在引入BNNS后,复合材料的形状固定率、形状回复率均能得到提高。     

聚苯氧基磷酸联苯二酚酯/聚磷酸铵膨胀阻燃剂对环氧树脂阻燃性能影响研究

以聚苯氧基磷酸联苯二酚酯(PBPP)与聚磷酸铵(APP)组成复合阻燃剂,对环氧树脂(EP)进行阻燃改性.通过氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热失重(TGA)、锥形量热(CONE)和扫描电镜(SEM)等方法研究改性环氧树脂的阻燃性能和阻燃机理.结果表明,PBPP/APP体系对EP具有较好的阻燃性能,阻燃剂添加量为10%时能使环氧树脂的氧指数提高到29.6%,垂直燃烧等级达到UL94 V-0级,残炭量大大增加;平均热释放速率下降45.7%,热释放速率峰值下降51.0%,有效燃烧热平均值下降21.1%;TGA、CONE、SEM等综合分析显示了PBPP/APP改性后的环氧树脂比纯环氧树脂具有更高的热稳定性,燃烧后能够形成连续、致密、封闭、坚硬的焦化炭层,在聚合物表面产生有效覆盖、隔绝了氧气,改善了环氧树脂的燃烧性能.     

微纳米钙钛矿型羟基锡酸钙的合成及对环氧树脂的阻燃性能

钙钛矿型羟基锡酸盐是近年来出现的新型高效阻燃消烟剂. 本文采用化学共沉淀法合成了微纳米钙钛矿型羟基锡酸钙[CaSn(OH)₆, CSH], 并利用扫描电子显微镜、 透射电子显微镜、 X射线衍射仪、 红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等对其形貌和结构进行表征. 结果表明合成的CaSn(OH)₆为平均粒径500 nm的纯净正六面体, 粒径均一且分散性良好. 将CaSn(OH)₆应用于环氧树脂(EP)复合阻燃体系(CSH/EP), 并分别采用热重分析、 极限氧指数和锥形量热测试表征了其热降解行为和燃烧性能. 采用扫描电子显微镜、 红外光谱、 X射线衍射和拉曼光谱对EP复合材料的阻燃成炭机制进行探索. 结果表明, CaSn(OH)₆能显著提高EP复合材料的高温稳定性、 热释放速率、 热释放量、 烟释放量和极限氧指数数值. 特别是在很低添加量(0.5%, 质量分数)下, 阻燃消烟性能即得到极大提升, 热释放速率、 总放热量和一氧化碳释放量分别降低45.8%, 25.1%和31.3%. 此外, 由于CaSn(OH)₆在EP基体中的良好分散及较强的界面作用, CaSn(OH)₆在提升EP复合材料阻燃消烟性的同时还提升了EP复合材料的力学强度. 本文合成的CaSn(OH)₆可作为一种多功能的高效阻燃、 消烟和增强剂.