高亲水性环氧树脂的制备及对碳纤维的表面处理

在三乙胺催化下,以己二酸和环氧树脂制备了己二酸改性环氧树脂(AAEP),通过考察反应温度等因素对己二酸转化率和AAEP环氧值的影响,得到了AAEP合成的最佳条件.用傅里叶变换红外光谱和核磁共振对AAEP进行了表征.用KOH中和AAEP得到己二酸改性环氧树脂钾盐(AAEPK),测试了AAEPK乳液的性质和AAEPK处理后碳纤维的分散性,并通过场发射扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对碳纤维的表面形貌和基团进行了研究.结果表明,AAEPK具有高亲水性,适用于碳纤维处理剂,当AAEPK的浓度和吸附量分别为1.0%(质量分数)和3.0 mg/g时,处理剂可在纤维表面均匀分布,使得碳纤维在树脂基体中的分散性得到改善.研究了处理剂对碳纤维/环氧树脂复合材料弯曲和剪切性能的影响,发现处理后碳纤维短丝/环氧树脂复合材料的弯曲强度和碳纤维布/环氧树脂复合材料的层间剪切强度较未处理的试样分别增加了168%和113%,说明AAEPK处理后碳纤维在基体中分散性和黏结性的提高是碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能提高的主要原因.     

纳米级金红石型二氧化钛与受阻胺光稳定剂协同改进ABS的抗老化性能研究

分别采用纳米级金红石型TiO2和受阻胺光稳定剂(HALS)对ABS进行改性,通过熔融共混法制备了ABS/纳米TiO2、ABS/纳米TiO2/HALS和ABS/HALS复合材料,采用GB/T16422.2~1999所述的塑料实验室光源暴露实验方法,用氙灯气候试验机对其进行28天人工加速老化,通过测定其老化过程中的无缺口和缺口试样冲击强度的变化来对其抗老化性能进行表征,同时利用光学显微镜和扫描电镜对其老化过程中的冲击断口形貌变化进行了研究.结果表明,纳米TiO2在ABS基体中分散良好,改性后的复合材料均具有较好的抗老化性能,纳米TiO2与HALS复合改性ABS对其耐候性的提高具有明显的协同作用,其老化后的抗冲击性能超过了单一使用HALS或纳米TiO2的改性效果,老化28天后纯ABS树脂试样的无缺口冲击强度保持率只有20%左右,添加2.0 wt%纳米TiO2后,老化28天后的ABS/纳米TiO2/HALS复合材料试样的保持率则提高到47.9%,为纯ABS树脂试样的2.5倍.     

环氧树脂与氰酸酯共固化产物性能的研究

环氧树脂是一类综合性能优良并获广泛应用的热固性树脂基体 .但是通常的环氧树脂基体中含有大量反应生成的羟基等极性基团 ,吸湿率高 ,使其复合材料在湿热环境下力学性能和介电性能显著下降 .应用氰酸酯改性固化的环氧树脂等热固性树脂 ,将赋予以其为基体的复合材料以优异的耐热性能、力学性能和介电性能[1 ,2 ] .这类复合材料的研究开发对特种电子电气绝缘材料和先进复合材料的发展具有重要意义 .作者曾应用ＦＴ ＩＲ、ＤＳＣ等分析技术对氰酸酯与环氧树脂 (氰酸酯在欠量、适量和过量条件下 )的共固化反应机理和固化物结构特征等进行过深入…     

超临界正丁醇对回收碳纤维复合材料的降解及表征

采用响应面分析方法设计超临界正丁醇降解废弃的碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料降解实验,用以回收碳纤维.通过Design-Expert V8.0建立环氧树脂降解率和工艺参数之间的数学模型,获得了最优工艺参数;通过图形优化研究了工艺参数对环氧树脂基体降解率的影响规律;通过场发射电子扫描显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱仪、显微共焦激光拉曼光谱仪及单丝拉伸等分析最优工艺参数下回收的碳纤维的表面形貌、表面化学、石墨化程度及力学性能.结果表明,建立的数学模型拟合误差范围为±5.5%,实现了回收工艺参数的预估;单因素对环氧树脂基体降解率的影响程度为:反应温度保温时间添加剂浓度正丁醇含量;最优工艺参数为:反应温度330℃,保温时间60 min,添加剂浓度0.0538 mol/L,投料比0.024g/mL.回收的碳纤维表面无残留树脂,没有发生明显的石墨化,且表面平均粗糙度与原碳纤维相近;与原始碳纤维相比,回收的碳纤维的拉伸强度约为原碳纤维的93.58%,杨氏模量约为原碳纤维的94.87%.     

纳米ZrB_2复相陶瓷粉体表面有机功能改性及其对复合材料热性能的影响

为了提高环氧树脂的热性能,将熔点高、导热耐热性好的Zr B2粉体作为增强体加入环氧树脂基体中,通过原位聚合制备了复合材料.为了改善Zr B2粉体在环氧树脂中的分散性,通过高能球磨法将纳米Al2O3引入Zr B2中,形成Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体,再用3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺、3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯分别对Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体表面进行有机功能改性.通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对表面改性Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体进行表征;利用透射电子显微镜(TEM)、动态热机械分析(DMA)和热重分析(TGA)对复合材料的组织和热性能进行分析.结果表明,改性后Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体品质优良,3种有机偶联剂均在Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体表面形成化学键合;表面经有机偶联剂改性的Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体在基体环氧树脂中具有较好的分散性,且3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的改性效果最佳.表面改性后Zr B2-Al2O3复相陶瓷粉体较改性前复合材料呈现出更高的耐热性能.     

亲水性形状记忆环氧树脂制备及表面浸润性调控

采用聚乙二醇(PEG)对间苯二甲胺(MXDA)固化的TDE-85环氧树脂体系进行改性,制备了亲水性形状记忆环氧树脂,结合微形貌构筑和热响应方式对树脂表面浸润性进行智能调控.结果表明,PEG的引入有效地增加了TDE-85环氧树脂的亲水性.PEG的最佳含量为20%(质量分数)时,树脂表面的接触角为54°,实现了环氧树脂从原始TDE-85/MXDA固化体系表面的疏水性(接触角为108°)到TDE-85/MXDA/PEG固化体系表面亲水性的转变;改性后树脂的玻璃化转变温度Tg为71℃,形状固定率和回复率分别为96.10%和99.97%,表明得到的树脂具有良好的形状记忆性能.进一步采用模板法在树脂表面构筑了微阵列结构,基于形状记忆效应,通过对表面微阵列形态的控制,实现了环氧树脂表面介于亲水性(接触角为51°)与超亲水性(接触角为0°)间的可逆浸润性智能调控.     

碳纳米管及碳纤维增强环氧树脂复合材料研究进展

碳纳米管与碳纤维具有优异的力学、电学等性能,广泛用做复合材料增强体,但目前碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料的研究具有一定的局限性,只考虑了两相材料间的作用,即仅对单一相进行处理而忽略了另一相的改性。本文从碳纳米管/碳纤维协同增强环氧树脂基体复合材料的思路入手,结合自己的研究成果,综述了国内外相关研究进展。从研究结果可以看出,将三相材料之间完全有效地联系起来,发挥三者间的协同效应,复合材料的性能可以发生质的飞跃。     

有机硅改性环氧树脂的合成与性能研究

用氨基硅油和双酚A型环氧树脂为原料合成一种新型的环氧树脂。研究了不同反应时间、不同反应温度以及不同氨基硅油含量对改性环氧树脂性能的影响,用热重法对改性树脂的耐热性进行了表征。结果表明,用工业产的氨基硅油合成的改性环氧树脂同样具有良好的韧性和耐热性。     

环氧树脂在碳纤维表面的浸润行为

利用场发射环境扫描电境(FESEM)测定了室温下环氧树脂在单纤维表面的接触角,观测并计算了环氧树脂液滴在单根碳纤维表面的接触角随温度的变化,结果表明接触角随温度升高明显降低,说明升高温度有利于改善环氧树脂对碳纤维的浸润性能.用液滴形状分析仪(DSA)在垂直和平行于纤维排列方向上观测了不同温度下单向排列碳纤维集束表面环氧树脂的铺展过程,发现在不同方向上观测到的接触角差别较大,其中垂直于纤维排列方向上观测到的接触角随温度的变化与环氧树脂在单根碳纤维表面的接触角变化基本一致,说明环氧树脂在平行于纤维束方向的接触角真正代表其浸润性能.     

高性能可回收环氧树脂及其复合材料的制备与性能研究

采用戊二酸酐为固化剂,乙酰丙酮锌为催化剂制备了一种综合性能优异的高性能可回收环氧树脂.系统研究了固化剂及催化剂含量对树脂结构、热学及动态性能的影响,实现了树脂组成的优化设计.基于酯交换反应的热可逆性,制备的vitrimer树脂通过物理热压方法可实现良好回收,力学强度保持率可达80%.采用RTM工艺制备的碳纤维织物增强vitrimer树脂复合材料表现出与传统热固性树脂基复合材料相当的力学性能,并且通过醇类溶剂热降解树脂的方法,可实现复合材料中碳纤维的高效无损回收,回收率近100%.     

表面改性对VGCF分散性质的影响

针对气相生长碳纤维极易团聚及与树脂基体界面结合能力较差的难题,采用双氧水-浓硝酸二步法对VGCF进行表面改性处理。利用X射线衍射仪、热重分析仪、傅立叶红外光谱仪、紫外可见分光光度计等测试分析了改性前后VGCF的表面结构和在溶剂中的分散性,并以形状记忆聚氨酯为基体,采用溶液混合法制备了气相生长碳纤维/形状记忆聚氨酯的复合材料,测试了复合材料的力学性能。经过改性后,VGCF的石墨晶型结构几乎没有改变,VGCF表面的含氧官能团浓度得到较大提高,且其在有机溶剂中的分散性及分散稳定性也得到很大提高;在气相生长碳纤维/形状记忆聚氨酯的复合材料截面中,扫描电镜观察表明表面改性使得VGCF在基体中的分散性及与基体的界面结合能力都得到一定程度的提高;经二步法改性处理后的气相生长碳纤维比未处理气相生长碳纤维对复合材料的力学性能的增强效果更为明显。     

邻苯二酚-四乙烯五胺改性超高分子量聚乙烯纤维

应用Cat-TEPA改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维,在难黏附的纤维表面形成均匀涂层.采用透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、示差扫描量热(DSC)、热重分析(TGA)和静态接触角测试等手段对其结构和性能进行了表征,并通过单丝拔出实验研究改性前后纤维与环氧树脂之间的界面剪切强度(IFSS),探索了反应物配比、反应时间对表面性能的影响,并确定最佳改性条件.结果表明Cat-TEPA共沉积改性未影响纤维的结晶和热稳定性,改性后纤维表面浸润性得到改善,且适当增加反应时间和TEPA含量能够提高纤维和树脂之间的IFSS,当Cat-TEPA摩尔比为1:4,反应时间为24 h时效果最佳,与未改性纤维相比,界面剪切强度提升约44%.     

玻璃纤维的偶联/接枝改性及其对HDPE/竹粉复合材料性能的影响

通过熔体共混制备了玻璃纤维(GF)增强的高密度聚乙烯(HDPE)/竹粉(BF)复合材料(HDPE/BF)。为了增强GF与基体之间的相互作用,先用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷对GF进行处理,在GF表面引入双建,然后在熔体共混过程中加入少量过氧化二异丙苯,引发双建与基体之间的接枝反应,使GF与HDPE产生化学键合。通过弯曲和冲击实验测试了复合材料的力学性能,通过热失重和维卡软化点表征了复合材料的热性能,并用扫描电子显微镜观察了复合材料的形貌结构。结果表明,通过偶联/接枝的协同改性,GF与基体之间的界面相互作用增强,使HDPE/BF复合材料的力学性能和热性能得到大幅提高。     

一种硅烷偶联剂的合成及其在白炭黑/天然橡胶复合材料中的应用

采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(A187)与对氨基二苯胺(PPDA)反应,制备得到一种具有防老化功能的硅烷偶联剂,并通过1H-NMR、IR和MS对其结构进行表征.之后,将不同用量的硅烷偶联剂用于原位改性白炭黑制备防老功能化白炭黑/天然橡胶(NR)复合材料,并与相应的炭黑/NR、未改性白炭黑/NR及双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物(Si69)改性白炭黑/NR在加工性能、增强性能和防老化性能方面进行对比.硫化特性数据表明,防老偶联剂的添加使复合材料的黏度降低,最大转矩增加,正硫化时间缩短.动态黏弹性能显示,改性后白炭黑的分散性得到明显提高.复合材料的力学性能先随防老偶联剂用量的增加而提高,之后到达平台.当防老偶联剂的用量大于或等于白炭黑质量的10.8%时,复合材料的拉伸强度与炭黑/NR、Si69改性白炭黑/NR相当,远大于未改性白炭黑/NR的强度;而其撕裂强度都大于3种对比复合材料.经过100℃下不同天数的热氧老化后,添加防老偶联剂的复合材料表现出良好的性能保持率,优于添加防老剂4020的3种对比材料,表明防老偶联剂具有更好的防护效果.     

碳纤维表面改性研究进展

碳纤维因其优异的综合性能常被用作树脂基体的增强材料.然而由于碳纤维与树脂基体之间的界面结合性能较差,其增强的复合材料的力学性能往往与理论值相差甚远,因此必须对碳纤维进行表面改性,以提高其与聚合物基体的界面粘结性能.本文作者综述了国内外关于碳纤维表面改性技术的研究进展,概述了涂层法、氧化法、高能辐射法等改性方法对碳纤维增强复合材料界面强度的改性效果.     

高性能纤维表面改性及其双马树脂基复合材料界面

采用电感耦合射频等离子体(ICP)和介质阻挡放电(DBD)低温等离子体对高性能连续纤维表面进行改性,分别采用X光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)和动态接触角测定仪(DCA)等分析测试手段系统地研究了等离子体处理时间、放电功率、放电气压等对连续碳纤维、聚苯并二噁唑(PBO)纤维改性处理前后,纤维表面状态、表面组成、表面形貌、浸润性能的变化规律以及经等离子体处理前后纤维增强双马树脂基复合材料界面结构与性能的影响关系及变化规律、复合材料界面粘结和破坏机理.研究结果表明,经过等离子体处理后,纤维表面接枝上了大量的含羧基、羟基等极性官能团,表面粗糙度增加,表面自由能增加,纤维浸润性能得到明显改善,导致纤维与双马树脂基体界面层间剪切强度(ILSS)明显提高,复合材料的破坏模式由未处理的界面脱粘破坏转变为等离子体处理后的树脂基体破坏.最后,对纤维表面时效性及其对纤维增强双马树脂基复合材料界面性能的影响关系也进行了论述.     

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.     

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 % .     

环氧呋喃树脂反应性增容改性聚乳酸/淀粉复合材料的研究

研究了环氧呋喃树脂反应增容改性聚乳酸/淀粉复合材料,对索氏提取法得到的淀粉进行1H-NMR、FTIR、XPS和静态接触角测试表征.结果表明在熔融共混过程中环氧呋喃树脂(FER)与淀粉及聚乳酸(PLA)发生化学反应,从而起到反应性增容的作用.另外,利用SEM、万能材料试验机和DSC分别对复合材料的界面相容性、机械性能以及热性能进行了表征,结果表明FER能够显著改善PLA和淀粉之间的界面相容性,在保持PLA高强度高模量的基础上,显著提高了PLA/starch复合材料的综合机械性能和结晶性能.     

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)。