聚氯乙烯/木纤维复合材料的研究Ⅰ.硬脂酸和ABS改性木纤维对复合材料力学性能的影响

为改善聚氯乙烯（PVC）和木纤维两者的界面亲合性，提高PVC／木纤维复合材料的机械力学性能，分别用硬脂酸和ABS来改性木纤维的表面，研究发现用硬脂酸处理木纤维可提高复合材料的拉伸强度，但对复合材料的冲击强度影响不大．ABS处理木纤维可同时提高复合材料的拉伸强度和冲击强度。本文也研究了改性剂用量和木纤维含量对复合材料力学性能的影响。     

微波辅助仿生矿化增强石墨烯与聚乳酸的界面相互作用

石墨烯纳米片在提高聚乳酸(PLA)复合材料力学性能和气体阻隔性能等方面具有良好的应用前景,但通常在不同程度上受限于较差的界面相互作用.本文通过高效且环境友好的微波辅助水相仿生矿化方法,在石墨烯纳米片表面直接生成高结晶度、高结构规整度的羟基磷灰石纳米晶须,获得了具有良好分散性和界面结合力的仿生矿化石墨烯(BMGr)纳米杂化体.将BMGr纳米杂化体均匀分布于聚乳酸纤维表面,通过受限成型(60℃,3 MPa)获得了具有强界面结合的复合薄膜,大幅提高了力学性能.值得强调的是,BMGr增强聚乳酸复合薄膜的拉伸强度、杨氏模量和拉伸韧性分别达到22.6 MPa,199 MPa和6.6 MJ/m³,是纯PLA纤维膜的6.46,3.75和8.25倍.本文不仅发展了有效修饰石墨烯纳米片的技术路线,更为制备高强度高韧性的聚乳酸复合材料并阐述其结构-性能关系提供了研究思路.     

PP-g-(MAH/St)和PP-g-MAH对聚丙烯/木粉复合材料性能的影响

在转矩流变仪中用熔融接枝法制备马来酸酐(MAH)和苯乙烯(St)接枝聚丙烯（PP）-PP-g-(MAH/St)和PP-g-MAH,将其作为聚丙烯/木粉复合材料的相容剂。 FTIR证实MAH和St单体与PP发生接枝反应。 用SEM和DSC等手段考察两种相容剂对PP/木粉复合材料微观形貌和结晶性能的影响,探索了各种PP/木粉复合材料加工和力学性能不同的内在原因。 SEM显示,PP-g-(MAH/St)改性木粉比PP-g-MAH改性木粉在PP基体中分散性更佳,木粉与PP的界面更加模糊,相容性进一步改善。 DSC结果表明,PP-g-(MAH/St)改性体系可增强木粉对PP的异相成核作用,提高结晶温度和结晶度。 复合材料的加工和力学性能测试结果表明,PP-g-(MAH/St)改性效果明显优于PP-g-MAH。 复合材料的熔体质量流动速率随相容剂用量的增加而逐步下降,PP-g-(MAH/St)改性体系拉伸强度和弯曲强度却逐步上升,并在相容剂用量为4.8 g/100 g PP时达到极值。 此时其拉伸强度达40.62 MPa,分别是未改性体系和PP-g-MAH改性体系的1.29和1.17倍;其弯曲强度达45.72 MPa,分别是未改性体系和PP-g-MAH改性体系的1.23和1.59倍;而无缺口冲击强度却在相容剂用量为3.6 g/100 g PP时达到极值13.35 kJ/m2,分别是未改性体系和PP-g-MAH改性体系的1.62倍和1.42倍。     

GMA接枝反应PLA及其对竹纤维/PLA复合材料的增容效应

为改善竹纤维(bamboo fiber, BF)与聚乳酸(polylactic acid, PLA)的界面相容性,以过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,采用熔融反应制备了甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乳酸(GMA-g-PLA, GPLA)高分子增容剂,考察了GPLA添加对BF/PLA复合材料结构与性能的影响,并与常用界面改性剂硅烷偶联剂(KH550)和异氰酸酯偶联剂(MDI)进行了比较。结果显示,GPLA添加对BF/PLA复合材料具有良好的界面增容和性能改善作用,其增容效果明显高于KH550和MDI,并在其占复合材料的质量分数为16%时,复合材料力学性能最佳。与未增容复合材料相比,其拉伸、弯曲及缺口冲击强度分别提高了72.1%、118.1%和81.6%,断裂伸长率提高了200.0%,维卡软化点提高28.4%,而浸水24h后吸水率下降31.6%。     

复合改性竹纤维/聚丙烯复合材料的制备与性能研究

为改善竹纤维(BF)与聚丙烯(PP)的界面结合,采用碱(NaOH)和异氰酸酯偶联剂(TDI)复合改性竹纤维,制备BF/PP复合材料。分析了竹纤维改性前后主要化学成分、热行为及化学结构变化,考察了竹纤维改性对复合材料维卡软化点(VSP)和动态热力学性能影响,用扫描电镜对复合材料断面进行了观察,最后探讨了改性竹纤维添加量对复合材料力学性能的影响。结果表明:BF经复合改性后,表面形成了氨酯键结构,竹纤维素晶体尺寸和结晶度增大,竹纤维的最快热降解温度和复合材料的VSP分别提高了20℃和4.5℃。SEM、DMA分析显示,竹纤维复合改性改善了两相界面结合,利于力学性能提高。拉伸实验表明,在复合改性竹纤维添加比例为40%时,复合材料综合性能最佳,其冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别增加了21.6%、23.3%和27.8%,拉伸模量和弯曲模量分别增加了24.2%和30.4%。     

复合改性竹纤维/聚丙烯复合材料的制备与性能研究北大核心CSCD

为改善竹纤维(BF)与聚丙烯(PP)的界面结合,采用碱(NaOH)和异氰酸酯偶联剂(TDI)复合改性竹纤维,制备BF/PP复合材料。分析了竹纤维改性前后主要化学成分、热行为及化学结构变化,考察了竹纤维改性对复合材料维卡软化点(VSP)和动态热力学性能影响,用扫描电镜对复合材料断面进行了观察,最后探讨了改性竹纤维添加量对复合材料力学性能的影响。结果表明:BF经复合改性后,表面形成了氨酯键结构,竹纤维素晶体尺寸和结晶度增大,竹纤维的最快热降解温度和复合材料的VSP分别提高了20℃和4.5℃。SEM、DMA分析显示,竹纤维复合改性改善了两相界面结合,利于力学性能提高。拉伸实验表明,在复合改性竹纤维添加比例为40%时,复合材料综合性能最佳,其冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别增加了21.6%、23.3%和27.8%,拉伸模量和弯曲模量分别增加了24.2%和30.4%。     

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。     

碳纳米管改性聚苯硫醚熔纺纤维的结构与性能研究

将多壁碳纳米管(MWCNTs)和聚苯硫醚(PPS)经过熔融挤出后制备成复合材料切片,并采用熔融纺丝法制得碳纳米管改性聚苯硫醚复合纤维.采用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱、示差扫描量热分析(DSC)、动态机械分析(DMA)以及力学性能测试等表征手段研究了复合纤维中碳管的分散状态,与基体的界面作用,复合纤维的结晶性能以及力学性能,从而探讨了聚苯硫醚/碳纳米管复合纤维体系的微观结构与宏观性能之间的关系.研究表明,聚苯硫醚分子结构与碳纳米管之间具有的π-π共轭作用使碳管较为均匀的分散在基体中,界面结合较为紧密.同时熔融纺丝过程中的拉伸作用使碳管进一步解缠并使碳管沿纤维拉伸方向取向.另一方面,拉曼光谱显示拉伸作用有效地增强了界面作用,有利于外界应力的传递.碳管的良好分散以及强的界面作用使复合纤维力学性能得到大幅度的提高,当碳管含量达到5 wt%时,复合纤维的模量有了明显的提高,拉伸强度较纯PPS纤维提高了近220%.     

硬脂酸/异氰酸酯摩尔比对聚丙烯/木粉复合材料性能的影响

用甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）和硬脂酸（SA）复合改性木粉,在双螺杆挤出机中制备了聚丙烯（PP）基的木塑复合材料（WPC）,研究了SA/TDI摩尔比对木粉表面性能、复合材料力学性能和加工性能的影响。 结果表明,随着SA/TDI摩尔比的增大,改性木粉的表面张力逐渐减小,与PP的界面张力先减小后增大;与未改性的WPC相比,SA/TDI复合改性剂对WPC的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度影响不明显,但对无缺口冲击强度提升较大;当SA/TDI摩尔比为1.07时,复合材料的无缺口冲击强度和熔体质量流动速率分别达到9.74 kJ/m2和13.12 g/10 min,分别比未改性WPC提高了77%和22%。     

中空多壳层TiO2填充对环氧树脂复合材料力学性能的影响

为改善环氧树脂(EP)材料的力学性能, 采用次序模板法合成了TiO₂中空多壳层结构(HoMS)材料, 利用偶联剂对获得的TiO₂ HoMSs进行接枝改性后填充到EP中, 制备了TiO₂ HoMSs/EP复合材料; 并与单壳层TiO₂中空结构进行比较, 研究了壳层数和偶联剂改性对复合材料力学性能的影响规律. 结果表明, 随着壳层数的增加, 复合材料的力学性能增强, 并且偶联剂改性的TiO₂ HoMSs可进一步提高复合材料的力学性能. 在该体系中, 经硅烷偶联剂KH-560改性后的三壳层TiO₂ HoMSs(3S-TiO₂ HoMSs)/EP复合材料的拉伸强度、 断裂伸长率和冲击强度可分别达到71.66 MPa, 7.4%和35.81 kJ/m². 扫描电子显微镜(SEM)断面形貌表征结果显示, 相较于纯EP材料, TiO₂ HoMSs/EP复合材料的断面更加粗糙, 说明TiO₂ HoMSs材料起到了吸收外界应力和阻碍裂纹扩展的作用, 提高了复合材料的韧性, 提升了复合材料的冲击性能.     

静电纺丝法制备PAN/HNTs混杂纤维增强热塑性聚氨酯复合材料

静电纺丝方法制备了聚丙烯腈/埃洛石纳米管(PAN/HNTs)混杂纤维增强体,通过改变接收装置、热拉伸处理得到5种不同的PAN/HNTs混杂纤维增强体。采用浸渍法将5种增强体用于改性热塑性聚氨酯,得到PAN/HNTs/TPU复合材料。结果表明,PAN/HNTs混杂纤维增强体可显著提高复合材料的力学性能。将平板接收制备的PAN/HNTs混杂纤维增强体以及另外两种由1050r/m滚筒接收制备的PAN/HNTs混杂纤维增强体(前者不采用热拉伸,后者采用热拉伸),三者制成PAN/HNTs/TPU复合材料。与通过平板接收制备的复合材料相比,通过由1050r/m滚筒接收制备的两种复合材料性能要优于前者,相较于前者,其复合材料的拉伸强度分别增加了19%和43%,弹性模量分别增加了44%和122%,断裂伸长率分别增加了19%和24%。当定向接收的PAN/HNTs纤维膜的含量为5.6%时所得到的PAN/HNTs/TPU复合材料力学性能为最佳;通过热拉伸处理PAN/HNTs纤维膜,当含量为4.5%时,复合材料的力学性能为最佳。这种力学增强的主要原因是PAN/HNTs纤维与热塑性聚氨酯材料之间的相容性得到了改...     

界面立构复合化电活性聚乳酸纳纤膜的制备及高效过滤性能

聚乳酸纤维膜在可降解空气过滤材料领域具有巨大潜力,但低比例的电活性相导致纤维膜的介电性能较弱,难以满足高性能空气颗粒物(PMs)过滤材料的需要.本文利用聚L-乳酸(PLLA)和聚D-乳酸(PDLA)组成的立构复合物(SC)提供高比例电活性相,采用同轴静电纺丝策略构筑界面立构复合化的电活性聚乳酸纳纤膜.通过改变纺丝时的注射速度,调控纤维形貌以及羰基(C=O)偶极子、 β晶相和界面立构复合晶(SCs)的形成,得到的核壳(CS)结构纳纤膜具有改善的表面电势(9.3 kV)和介电常数(1.60 F/m).界面立构复合化的纤维膜力学性能提升显著,核部PLLA和壳部PDLA的注射速度分别为1.0和0.5 mL/h时获得的CS1.5纳纤膜的拉伸强度和杨氏模量分别达到17.2和351.1 MPa,明显优于纯聚乳酸纤维膜.更重要的是,提升的电活性显著增强了聚乳酸纳纤膜对PM0.3和PM2.5的过滤效率,界面立构复合化在应对高流速下捕尘时具有独特优势, CS1.5纳纤膜的过滤效率由10 L/min时的82.5%提升至85 L/min时的97.9%.本文提出了采用界面立构复合化激发聚乳酸电活性的策略,为解决...     

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%.     

kevlar纤维增强尼龙6复合材料的力学性能

对Kevlar纤维进行了改性,使其成为己内酰胺阴离子开环聚合的活性中心,采用阴离子接枝法在Kevlar纤维(KF)表面接枝尼龙6低聚物,并与基体尼龙6混合,用挤出和注塑方式制备了尼龙6/改性Kevlar纤维(PA6/KF1)复合材料。ESEM和XPS分析表明,Kevlar纤维表面接枝上了尼龙6低聚物。比较了尼龙6/未改性Kevlar纤维(PA6/KF0)和PA6/KF1复合材料的力学性能及破坏形态,同时探讨了其破坏机理。结果表明,接枝尼龙6的KF1增强了KF与尼龙6复合材料界面的相互作用,拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别提高了20.69%、12.26%和14.23%,但冲击强度降低了8.2%;当复合材料被破坏时,未改性纤维表面只粘附有少量的树脂尼龙6,而改性纤维的表面有较多的树脂包覆层,呈部分非界面脱粘破坏,具有良好的界面结合能力。     

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.     

改性多壁碳纳米管/聚乳酸复合材料的研究

制备了改性多壁碳纳米管/聚乳酸复合材料,研究了改性多壁碳纳米管对聚乳酸的增强作用.通过拉曼光谱分析、热重分析证实了多壁碳纳米管酸化酯化反应的发生.通过溶液法制备了聚乳酸/改性多壁碳纳米管复合物.考察了聚乳酸和改性多壁碳纳米管复合体系的相容性.扫描电镜分析结果说明了聚乳酸和改性多壁碳纳米管复合物相容性的变化.随着改性多壁碳纳米管在复合物中含量的增加,体系的分散效果也越好,相容性也有提高.实验结果表明,在聚乳酸材料中添加改性碳纳米管材料到一定值对,可以提高材料的力学性能,且当改性碳纳米管添加量达到1.5％的时候材料力学性能达到了一个最大值,拉伸强度可达120.4MPa.     

纳米纤维素/聚乳酸全绿色纳米复合材料的制备及性能

制备得到纳米纤维素(NC),其为横向尺寸20~40 nm、长度400~2000 nm的纳米丝.对NC进行醋酸酯化疏水改性得到醋酸酯化纳米纤维素(ANC).分别将NC和ANC与聚乳酸(PLA)复合制备纳米复合材料,研究了NC添加量、疏水改性及与PLA的复合方式对PLA力学性能和结晶性能的影响规律.结果表明,采用溶液浇铸法制备纳米复合膜时,ANC在PLA基体中的分散性优于NC,但是对于复合膜拉伸性能的改善不明显.DSC等温结晶结果表明,ANC可以提高PLA的结晶度和结晶速率;采用熔融复合法制备的NC/PLA纳米复合材料,不仅保持了PLA的高强度、高模量和较高的热稳定性,而且显著改善了其韧性,当NC添加量为3.5%(质量分数)时,断裂伸长率比纯PLA提高了12.1倍.     

苯并噁嗪改性液体成型环氧树脂的研究

采用具有低固化收缩特性的苯并噁嗪树脂(benzoxazine,BOZ)对液体成型环氧树脂进行改性,以期在不改变液体成型树脂耐热性、工艺性及力学性能的前提下,大幅度降低树脂的固化收缩率.对比研究了不同BOZ含量改性树脂的固化收缩特性、固化反应特性、液体成型工艺性及力学性能.并采用真空辅助树脂浸渗(vacuum assisted resin infusion,VARI)工艺制备了单向碳纤维织物增强复合材料,研究了复合材料的力学性能.结果表明,加入BOZ对液体成型树脂的反应性、工艺性及耐热性影响不大,改性树脂的固化收缩随BOZ含量的提高逐渐减小,其中BOZ质量分数为15 wt%的改性树脂,较未改性树脂的固化收缩减小约80%,拉伸强度提高约19%,冲击强度提高约148%.以此改性树脂作为基体的复合材料相对于未改性树脂复合材料的拉伸强度提高约23%,层间剪切强度提高约9%,具有良好的力学性能和界面结合性能.     

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.     

一步法制备蒙脱土-石墨烯协同增强聚乙烯醇复合材料

以蒙脱土(MMT)和石墨烯(rGO)为填料,一步法制备了MMT-rGO/PVA纳米复合材料,并研究了不同MMT/rGO比例对PVA复合膜力学性能的影响.结果表明,剥离的MMT片层能够有效阻止石墨烯在被还原过程中的团聚.MMT-rGO二元填料与PVA间形成氢键,极大地改善了填料与聚合物间的界面结合,能够协同提高PVA复合膜的力学性能.1 wt%MMT-GE(2∶1)/PVA复合材料的拉伸强度和杨氏模量最高,分别为85.1 MPa和1627.8 MPa,比纯PVA分别提高了46%和62%.此方法为制备高性能聚合物复合材料提供了有效的途径.