微波调控石墨烯-碳纳米管协同增强聚氨酯损伤自修复研究

首先采用溶液共混法制备出石墨烯-碳纳米管(G-CNT)/聚氨酯(TPU)复合材料,然后通过拉伸实验及扫描电子显微镜(SEM)表征来考察该材料的拉伸强度和微波自修复特性,并从力学及材料与微波之间的相互作用等角度对其拉伸强度增强和微波修复机理进行研究.结果表明:在拉伸强度方面,与单一的石墨烯或CNT增强TPU相比,G-CNT之间形成的协同效应使TPU拉伸强度得到进一步提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU抗拉强度较纯TPU提高了67%,较G/TPU提高了18%,较CNT/TPU提高了25%;在材料裂纹的微波修复方面,石墨烯和CNT之间的协同效应使TPU材料自修复效果得到有效提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU修复效果达到最高值117%.     

不同石墨烯-碳纳米管杂化体系对热塑性聚氨酯复合材料力学和自修复性能的增强机制

采用溶液共混法,设计不同的杂化方案,制备了3种具有不同复合程度的石墨烯(G)和碳纳米管(CNT)三维空间结构材料,并对G-CNT填充的热塑性聚氨酯(TPU)复合材料的力学性能及在微波诱导下的裂纹自修复特性进行了研究.结果表明,G-CNT复合结构能改善增强相与基体间的界面结合及载荷传递,且复合程度越高其对TPU力学增强效果越显著.当采用预复合方法时G-CNT复合程度最高,此时TPU复合材料的拉伸强度比纯TPU提高了37.6%,比G/TPU提高了27.1%.TPU复合材料在微波场的诱导下可实现损伤裂纹的快速修复,然而其修复效率并未随着G-CNT复合程度的增加而升高,当采用超声复合时,G-CNT的复合程度低于预复合法的复合程度,但其修复率却达到最高值(138%).该自修复特性和G-CNT的空间构型及其异质界面与微波之间的耦合机制密切相关.     

改性木纤维/聚乳酸复合材料的制备与性能研究

通过双螺杆挤出机共混制备了不同方法改性的木纤维/聚乳酸可生物降解复合材料,利用DSC、SEM、DMA、冲击和拉伸力学性能测试等手段,对比分析了木纤维的不同改性处理方式对复合材料热性能、界面形态和力学性能的影响.结果表明:复合材料的聚乳酸结晶动力学明显得到改善,木纤维促进了聚乳酸的异相成核过程.改性后的木纤维聚乳酸复合材料界面结合和力学性能均得到明显改善,以性能最优的硅烷偶联剂处理的木纤维和聚乳酸复合材料为例,其拉伸应力(62.1MPa)、杨氏模量(4525.0 MPa)和冲击强度(11.5k J/m~2)比纯聚乳酸分别提高2.9%,36.0%和14.0%.     

TPU共混增韧POM的研究

通过机械共混的方法制备了聚甲醛(POM)和热塑性聚氨酯弹性体(TPU)复合材料.考察了不同硬度TPU及其含量对共混材料韧性的影响.结果表明,TPU硬度的变化对共混材料的力学性能起着非常重要的作用,硬度为65HA的TPU对POM的增韧效果较好,对POM的相形态和结晶性能影响更为显著.     

掺杂羧基化碳纳米管的纳米碳纤维前驱体的制备及表征

为获得结构完整、 性能优良的纳米碳纤维前驱体, 采用静电纺丝法制备了掺杂羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维. 用扫描电子显微镜、 偏振红外光谱、 透射电子显微镜、 拉曼光谱及拉伸性能测试等对杂化纳米纤维的微观结构和力学性能进行了研究, 分析了MWCNTs含量的影响. 实验结果表明, 5%(质量分数)的MWCNTs掺杂量为杂化纳米纤维直径的突变点, 且MWCNTs的加入有利于PAN分子链的取向, MWCNTs在PAN纤维中大体上沿纤维轴向取向分布. 3%MWCNTs/PAN杂化纳米纤维的拉伸强度和拉伸模量分别达到88.6 MPa和3.21 GPa.     

Laponite/聚氨酯纳米复合材料制备与性能研究

通过溶剂交换法将无机Laponite从水相转移到N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中,在超声波作用下,Laponite与热塑性聚氨酯(TPU)溶液进行共混复合,Laponite插层到PU分子链间而制备Laponite/聚氨酯纳米复合材料.利用TEM,AFM,TGA,DSC,DMA和静态拉伸对其结构、组成、形貌和性能进行表征,研究结果表明,Laponite优先插层到聚氨酯的硬段中,片层和硬段通过氢键相互作用和尺寸匹配性,进而形成一种插层网络结构.由于这种网络结构的存在,使Laponite/聚氨酯复合材料的强度、硬度及韧性得到同步提高.     

苎麻纤维布和碳纤维布混杂铺层复合材料力学和阻尼性能研究

将具有优异阻尼减振性能的纯天然苎麻纤维布与力学性能较好的碳纤维布混杂铺层,利用VRAM(真空吸注成型)工艺制备了环氧树脂基结构阻尼复合材料.首先考察了复合材料的力学性能,包括动态力学性能、静态力学性能和冲击断裂韧性;其次通过共振频率和阻尼因子评价了复合材料的阻尼减振性能.结果表明,通过苎麻纤维布/碳纤维布的混杂铺层能够平衡力学性能和阻尼性能之间的矛盾,可根据实际应用需求实现材料阻尼性能和力学性能的可控调节,充分发挥复合材料可设计性强的优势.其中"RCRCR"型铺层复合材料的损耗因子达到0.0057,比纯碳纤维布复合材料的0.0018提高了2.2倍,而拉伸强度和拉伸模量分别达到381.6 MPa和21.5 GPa,比纯苎麻纤维板提高了4.6倍和97.2%.最后,对混杂铺层复合材料的结构进行分析并针对阻尼性能进行有限元模拟,探讨了不同铺层方式影响复合材料力学性能和阻尼性能的规律,并对其他混杂铺层的复合材料的共振频率和损耗因子进行预测,为结构阻尼材料的设计提供一定的参考依据.     

聚酯纤维布混杂增强环氧树脂可钻复合材料的制备与性能研究

采用聚酯纤维布与碳纤维、Kevlar纤维分别混杂增强环氧树脂,制备满足油田开发的可钻桥塞用高性能复合材料。分别采用液体芳胺(DETDA)与固体芳胺(DDM)作为固化剂,两种材料有着相近的玻璃化转变温度和力学强度。以DETDA固化的树脂基体中,活性环氧稀释剂用量增加,拉伸强度变化不大,但材料的弹性模量在10%稀释剂用量时,达到最大值;树脂交联密度1000/Mc为2.35时,材料的模量和拉伸强度都处于相对较大值。聚酯纤维/Kevlar纤维和聚酯纤维/碳纤维混杂增强环氧树脂复合材料的模量和强度,分别随着Kevlar纤维和碳纤维含量的增加而增加,有碳纤维的复合材料拉伸强度增加较大,断裂伸长率相对较小。实验显示:聚酯纤维混杂增强复合材料具有较好的可钻性,在钻压为1.5吨,钻速为32转/分的条件下,磨铣速度为4 mm·min~(-1)。     

累托石粘土/热塑性聚氨酯弹性体纳米复合材料的研究

采用十二烷基季铵盐合成了一种有机累托石 (ORECA) ,并分别采用不同填充量 2 ,5 ,8份的累托石(REC)及ORECA 与热塑性聚氨酯弹性体 (TPUR)通过熔融共混制备出了粘土 /热塑性聚氨酯弹性体纳米复合材料 ;以红外光谱 (FTIR)、广角X 射线衍射分析 (XRD)、扫描电镜 (SEM)及Molau实验方法研究了REC及ORECA 在TPUR中的分散性 ,研究了复合材料的力学性能 .结果表明 ,ORECA 在质量分数小于 5份时可以和聚氨酯弹性体达到纳米复合 ,复合材料的拉伸强度提高 4 2 % ;撕裂强度在所加份数范围内呈现递增趋势 ,8份时撕裂强度提高 4 9% .     

静电纺丝法制备PLLA/g-HNTs复合纳米纤维膜及其性能研究

以辛酸亚锡为催化剂,利用HNTs表面的羟基引发L-LA开环聚合,合成了表面接枝聚(L-乳酸)(PLLA)链段的埃洛石纳米管(g-HNTs),通过红外、热失重和透射电镜对改性前后HNTs的组成与形貌进行了观察;然后采用静电纺丝技术制备了PLLA纳米纤维膜以及不同组成的PLLA/HNTs和PLLA/g-HNTs复合纳米纤维膜,探讨了纺丝条件对纳米纤维膜形貌的影响,并对复合膜的组成、形貌、力学性能和细胞相容性进行了研究.结果表明,当HNTs与L-LA的摩尔投料比为1∶10时,g-HNTs表面PLLA链段的接枝率为14.22％,HNTs纳米管的形态在接枝后变化不大,易于在无水乙醇中分散.电压强度和进样速率对纤维膜的形貌有一定影响,当电压强度为15 kV、进样速率为1 mL/h时,电纺纤维的直径较为均匀.复合纤维膜中g-HNTs在基体PLLA中的分散性以及与基体的界面相容性要优于相应的HNTs,当g-HNTs含量高达40％时,复合纳米纤维膜中的纤维形态仍然保持较好,可以得到连续、粗细较均匀的纤维;随着HNTs和g-HNTs含量增加,复合纳米纤维膜的拉伸强度和模量先增大后下降,当HNTs和g-HNTs的含量为5％时,两种复合纳米纤维膜的拉伸强度和模量均达到最大值,但PLLA/g-HNTs组复合纳米纤维膜的拉伸强度始终大于相应的PLLA/HNTs组.体外3T3细胞培养结果显示,PLLA/g-HNTs复合纳米纤维膜具有良好的细胞相容性,且优于相应的PLLA和PLLA/HNTs纳米纤维膜.     

氧化石墨烯纳米带-碳纳米管/TPU复合材料薄膜的制备及表征

将不同维度纳米填料同时复合,采用纵向氧化切割MWCNTs法制得不同含量比的氧化石墨烯纳米带-碳纳米管(GONRs-CNTs)2种维度纳米材料复合体,随后将上述填料加入到TPU基体中制得GONRsCNTs/TPU复合材料薄膜.采用FTIR、XRD、TG、XPS、TEM和FE-SEM研究了不同反应条件下所得GONRsCNTs复合体的结构及性能,并结合复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸测试以及表面形貌观察,研究了GONRs与CNTs的协同作用、二者的含量比对TPU复合材料薄膜阻隔和力学性能的影响.研究表明,GONRs与CNTs的协同效应明显优于MWCNTs,同时当所加GONRs-CNTs复合体中GONRs与CNTs的含量比约为67∶33时,GONRs-CNTs/TPU复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸强度相比纯TPU薄膜分别降低51.3%和提高29.3%,阻隔性能和力学性能均得到明显改善.     

柔性高储能TPU/P(VDF-HFP)全有机复合薄膜的制备及性能表征

拥有超快放电速率以及超高功率密度的聚合物薄膜电容器, 在脉冲功率技术、先进电力与电子系统等诸多领域中发挥着关键的作用. 本工作采用溶液刮涂的方法, 制备了柔性全有机热塑性聚氨酯/聚偏氟乙烯-六氟丙烯(TPU/P(VDF-HFP))复合薄膜, 并结合多种表征手段系统地研究了复合薄膜的微观特性、介电特性、绝缘特性、储能特性以及力学性能. 系统观察和测试结果表明: 适量热塑性聚氨酯添加到P(VDF-HFP)中, 能够形成分散性和相容性均十分优异的两相交联结构, 从而进一步提高复合材料的电学、储能、力学等性能. 在P(VDF-HFP)中添加2% (φ) TPU时, 复合薄膜的特征击穿强度为450 MV/m, 对应的放电能量密度为7.03 J/cm³, 分别提高了25.35%和49%. 此外, 复合材料的机械性能也随着TPU的添加得到一定程度的提高, TPU-2% (φ)/P(VDF-HFP)复合薄膜的杨氏模量、抗拉强度以及断裂伸长率分别达到591.22 MPa, 25.6 MPa, 362%. 通过以上表征分析, 发现在聚合物中添加弹性体橡胶能够形成具有高击穿强度、高能量密度以及高充放电效率等优点的柔性电介质材料, 有望在大规模的工业生产中获得较好的应用.     

新型光、 热双响应形状记忆聚合物的制备与性能

通过多巴胺表面原位聚合反应修饰玻璃微珠, 利用X光电子能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外光谱仪 (FTIR)对修饰前后玻璃微珠表面的化学组成进行了表征, 用热失重分析仪(TGA)对其热稳定性进行了测试, 并利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对其形貌进行了观察; 研究了改性玻璃微珠对形状记忆共混物聚己内酯和聚氨酯(PCL/TPU)的热性能、 力学性能和形状记忆性能的影响. 结果表明, 成功制备了表面包覆聚多巴胺的玻璃微珠(PHGM), 改性玻璃微珠的加入不仅增强了复合材料的力学性能(当改性玻璃微珠含量为3%时, 材料的拉伸强度提高到53.3 MPa, 杨氏模量提高到178.4 MPa), 还赋予了复合材料优异的光热效应. 所制备的形状记忆复合材料在808 nm近红外光的照射下, 可以在短时间内(7 s)升高到材料的开关温度并回复到初始形状.     

聚(氯乙烯-醋酸乙烯酯)与热塑性聚氨酯的相容性及其共混膜的氧化稳定性

采用溶液法制备了聚(氯乙烯-醋酸乙烯酯)(PVCAc)与热塑性聚醚型聚氨酯(TPU)的共混膜(PUV).通过FT-IR和DSC对膜的形态和相容性进行了研究.与聚氯乙烯(PVC)相比,PVCAc与TPU的相容性明显增强.将PUV膜浸没于H2O2-CoCl2溶液中25 d进行加速氧化实验,结果表明:PUV膜的氧化稳定性优于TPU和TPU/PVC的共混膜(PUC).此外,PUV膜的力学性能明显高于PUC膜.     

氯化聚丙撑碳酸酯增容聚丙撑碳酸酯/秸秆粉复合材料的制备及性能

聚丙撑碳酸酯(PPC)是一种新型热塑性生物降解材料,但其热性能及力学性能较差,应用受到限制。以秸秆粉这种农作物副产品作为增强体改性PPC,既可以提高PPC的力学性能同时又可开发利用秸秆资源。氯化聚丙撑碳酸酯(CPPC)是聚丙撑碳酸酯(PPC)经过氯化得到的,对天然纤维表面具有良好的浸润性和粘结性。本文以CPPC为增容剂,通过熔融共混法制备了PPC/秸秆粉复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、拉伸实验、动态力学性能测试(DMA)及转矩流变仪对复合材料的结构及性能进行了表征,重点考察了CPPC的添加量对复合材料力学和流变性能的影响。结果表明,当CPPC质量分数为1.8%时,可使添加质量分数为30%秸秆粉的PPC复合材料拉伸强度提高38%,模量提高30%。同时,CPPC的引入使复合材料的粘度下降,改善了PPC/秸秆粉复合材料的加工性能。因此,作为增容剂的CPPC为制备高性能PPC/天然纤维复合材料提供了新的解决办法。     

累托石粘土/热塑性聚氨酯弹性体纳米复合材料的热性能研究

以十二烷基季铵盐与累托石 (REC)进行阳离子交换得到有机粘土 (OREC) ,以OREC与热塑性聚氨酯弹性体 (TPUR)采用熔融挤出共混法制备了OREC TPUR纳米复合材料 .用透射电子显微镜 (TEM)表征了复合材料的微相结构 ,测试了复合材料动态热机械性能 (DMA)及热失重 (TG) ,讨论了复合材料的耐热空气老化性能及耐油介质性能等 .结果表明 ,累托石粘土在聚氨酯热塑性弹性体中以纳米尺寸分散 ,纳米复合材料具有较高的动态热机械性能 ,其储能模量最大可提高 7倍多 ,损耗模量最大可提高 4倍多 .复合材料的其他性能均有不同程度的提高 ,特别是OREC添加量为 2 %时 ,复合材料TG、耐油性及耐空气老化性能最高 .其初始分解温度提高 1 5℃ ,在 40 #机油中浸泡 1 68h后拉伸强度保持率达到 86 4% ,1 2 0℃热空气老化箱中老化 72h后拉伸强度保持率达到 87 0 % .     

狼尾草特性及狼尾草/PP复合材料性能研究

对狼尾草茎秆进行拉伸性能测试和长径比测量、并进行X射线衍射图谱、红外光谱和热重分析,分别以三种粒径(40目、60目、80目)狼尾草茎秆纤维为填充材料,以聚丙烯(PP)为基体材料,使用模压成型工艺制备三种不同粒径的狼尾草/PP复合材料。对制备的复合材料进行了接触角测量、吸水性能和力学性能测试,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合材料拉伸断面微观结构。结果表明:狼尾草茎秆纤维素类型为I型,相对结晶度为44%;40目、60目和80目三种目数狼尾草/PP复合材料24h吸水厚度膨胀率分别为7.7%、4.2%和4.4%;其中40目狼尾草/PP复合材料有较好的结合界面和较好的力学性能,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为10.47MPa、15.98MPa、1.9GPa和3.7kJ/m~2。由此得知,40目狼尾草/PP复合材料力学性能最好,但吸水性较强;60目狼尾草/PP复合材料具有较好的力学性能和一定的抗吸水性,综合性能最佳。     

热致液晶聚合物微纤与碳纤维对聚醚砜的混杂增强

热致液晶聚合物微纤与碳纤维对聚醚砜的混杂增强张洪志王育立何嘉松（中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室北京１０００８０）关键词热致液晶聚合物，碳纤维，混杂复合材料由两种或两种以上纤维增强同一种基体所得到的混杂纤维复合材料，不仅保留了单一纤维...     

磷系阻燃剂插层镁铝型水滑石复合物的制备及其在热塑性聚氨酯中的阻燃应用

采用直接的无溶剂制备方法,将3种磷系阻燃剂9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、聚磷酸铵(APP)和三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)分别插层到镁铝型水滑石(MAH)片层中,制备了3种含磷阻燃剂的MAH复合物(DOPO-MAH、APP-MAH和MPP-MAH),并采用模压成型法制备了MAH复合物与热塑性聚氨酯(TPU)的复合材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和热重分析分别对复合物进行了表征,并且通过锥形量热仪对复合材料进行了表征。结果表明,MAH中MPP的分散性较差,DOPO和APP的分散性较好,并且磷元素分布均匀。MAH的初始层间距为4.11 nm,APP和MPP均在0.5 h时就已完成插层,最终层间距分别缩小到3.93和4.04 nm。DOPO则在0.5 h后完成,但插层后的层间距更小,为3.86 nm。与物理混合物所制得的复合材料相比,(DOPO-MAH-6h)/TPU和(APP-MAH-6h)/TPU的热释放速率峰值分别从669.3 kW/m²降至573.9 kW/m²,从657.7 kW/m²     

聚丙烯腈/纳米掺锑SnO_2复合导电材料的制备及性能研究

采用超声波辅助溶液共混的方式制备了聚丙烯腈(PAN)/纳米掺锑SnO_2(ATO)复合材料,采用扫描电镜(SEM)、广角X衍射(WXRD)、动态力学分析仪(DMA)及热失重分析仪(TGA)研究了复合材料的微观相态结构、动态力学性能及热性能,对复合材料的导电性能进行了测试.结果表明:经过钛酸酯偶联剂处理的纳米ATO在PAN基体中分散良好;纳米ATO的加入可以有效地提高PAN的导电性能,当其质量分数为8%时,复合材料电导率可达10~(-4)S/cm;添加纳米ATO后PAN的储存模量及玻璃化转变温度提高;PAN/ATO复合材料的热稳定性与纯PAN相比明显提高.