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%.     

超高分子量聚乙烯纤维表面改性的研究进展

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维具有诸多优异性能,因此被广泛应用于纤维增强复合材料(FRP)。但是由于UHMWPE纤维表面光滑且无极性基团,与树脂基体粘接性差,可通过纤维表面改性有效提高FRP的界面强度,进而提升材料性能。本文总结了近几年基于化学处理、等离子体处理、电晕放电和辐射引发表面接枝等方法对UHMWPE纤维表面改性的研究进展,并对改性方法的发展进行了展望。     

纳米SiO2改性超高分子量聚乙烯纤维的制备及其结构性能研究

采用萃取阶段加入纳米粒子的方式,制得纳米SiO2改性的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维.借助于扫描电镜、声速法、WAXD、DSC、TMA和强力测试等手段,研究了纳米SiO2对UHMWPE纤维结构和性能的影响.结果表明,纳米SiO2粒子在UHMWPE纤维中可达到均匀分散,分散尺寸约为50～100nm;改性后纤维取向度、结晶度基本不变,纤维横向晶粒尺寸大大降低,纤维力学强度稍有增加,力学模量大大增加(由1359.2cNdtex增加到1505.9cNdtex),同时,纤维热性能和热力学性能也得到大大改善.     

甲基磺酸对PBO纤维的表面改性

采用甲基磺酸(MSA)溶液对PBO纤维表面进行化学改性,用单丝拔出试验测定了改性前后PBO纤维与环氧树脂基体的界面剪切强度,并通过扫描电镜(SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、接触角分别对处理前后纤维的表面形貌、表面组成以及表面自由能进行了表征.研究结果表明:在甲基磺酸质量分数为60%的溶液中,60℃下处理6 h的PBO纤维与环氧树脂基体的界面剪切强度比未处理的提高了81%,并且纤维表面O元素的质量分数增加了13.3%,表面自由能增加了17.3%.当溶液中甲基磺酸的质量分数、处理时间和处理温度进一步提高时,PBO纤维的皮层将遭受破坏,导致界面剪切强度下降.     

改性UHMWPE纤维/乙烯基酯树脂复合材料的研究

超高分子量聚乙烯纤维在过氧化物引发下,通过硅烷进行接枝改性。研究了改性纤维／乙烯基酯树脂复合材料的界面性能。采用层间剪切强度、扫描电镜、红外光谱(ATRIR)及浸润性测试等分析手段表征了接枝改性的效果。结果表明,经过硅烷接枝改性,改善了超高分子量聚乙烯纤维对乙烯基酯树脂的浸润性,提高了纤维与基体之间的粘结性,使复合材料的层间剪切强度大幅度提高。     

多聚磷酸/乙酸体系对PBO纤维表面改性的研究

采用多聚磷酸/乙酸体系并结合偶联剂处理方法对PBO纤维表面进行化学改性,采用扫描电镜和液滴形状法对处理前后纤维表面形态结构和纤维表面亲水性进行了表征,通过单丝拔出试验测定了改性前后PBO纤维与环氧树脂基体的界面剪切强度。利用X光电子能谱和热重分析等方法对纤维表面元素组成和热稳定性进行了分析。研究发现,多聚磷酸/乙酸体系偶联剂的方法改性后PBO纤维表面亲水性明显增强,与水的接触角从大于90°下降到42.8,°PBO纤维/环氧树脂的界面剪切强度较未处理样品提高了45%。     

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.     

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.     

环氧氯丙烷修饰的对位和间位芳纶涂覆剂研究

制备了具有环氧丙基侧链的对位芳纶(PPTA-ECH)和间位芳纶(PMIA-ECH),并将其用做对位芳纶(PPTA)织物/环氧树脂复合材料中PPTA织物的涂覆剂。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)及XPS等方法对PPTA织物表面的PPTA-ECH涂层结构进行了表征。考察了PPTA-ECH和PMIA-ECH涂覆的PPTA织物/环氧树脂复合材料的层间剪切强度和面内剪切强度,并与未经涂覆的PPTA织物复合材料的性能作比较。结果表明,PPTA-ECH和PMIA-ECH可显著改善PPTA织物和环氧树脂之间的界面性能。涂覆了PPTA-ECH及PMIA-ECH的PPTA织物/环氧树脂复合材料的层间剪切强度(ILSS)比未经涂覆的复合材料分别提高了26.20%和14.76%,面内剪切强度(ISS)分别提高了26.98%和11.86%。由于PPTA-ECH对PPTA纤维具有更强的亲和能力,因此PPTA-ECH在层间剪切强度和面内剪切强度方面的增强效果均优于PMIA-ECH。对PPTA-ECH在PPTA纤维表面铺展与吸附及对复合材料的增强机理也进行了初步探讨。作为新型涂覆剂,PPTA-ECH在对位芳纶复合材料的开发应用方面具有潜在的应用前景。     

主链含羟基的芳杂环液晶共聚物聚对苯撑苯并二噁唑的 合成及性能研究

通过在聚合过程中添加少量2,5-二羟基对苯二甲酸(DHTA)部分替代对苯二甲酸(TPA)与4,6-二氨基间苯二酚(DAR)盐酸盐进行共聚, 合成了一系列大分子链上含有羟基基团的DHPBO共聚物, 并制得其初生纤维. 利用FTIR、接触角等分析手段对其化学结构和纤维表面性能进行了表征, 通过单丝拔出实验和SEM考察了DHPBO纤维与环氧树脂基体的界面剪切强度, 并采用轴向压缩弯曲实验和紫外光加速老化实验评价了羟基基团的引入对提高纤维压缩性能和抗紫外性能的影响. 结果表明, 羟基基团的引入使得DHPBO纤维的表面亲水性、与环氧树脂的界面剪切强度以及纤维的压缩性能和抗紫外性能都有了显著提高.     

纳米Al_2O_3改性双酚A型环氧丙烯酸酯的制备与性能研究

选用硅烷偶联剂KH570对纳米Al_2O_3进行表面改性处理,并用改性后的Al_2O_3对双酚A环氧丙烯酸酯进行复合改性,研究了纳米Al_2O_3含量(1%(wt)~5%(wt))对树脂性能的影响。结果表明:改性纳米Al_2O_3质量分数为5%时的复合材料的体积收缩率最小,为6.48%;粒子质量分数为2%时,树脂的凝胶率最大,为88.3%;热失重测试结果表明,改性纳米Al_2O_3提高了树脂的热稳定性;拉伸性能显示,随着改性纳米Al_2O_3质量分数的增加,复合材料的拉伸强度先升高后下降,当改性纳米Al_2O_3质量分数为3%时,复合树脂拉伸强度最大,为34.74MPa,与未改性树脂相比,拉伸强度提高了108.27%。本文所制备的改性光敏树脂可适用于3D打印环境。     

含噁嗪环硅烷偶联剂对石英纤维/含硅芳炔复合材料性能的影响

从石英纤维(QF)、含硅芳炔树脂(PSA)分子结构特点出发,设计并合成了一种含有噁嗪环和端炔的新型硅烷偶联剂(BCA),并以BCA改善QF/PSA复合材料的界面性能。采用差示扫描量热分析(DSC)、红外光谱分析(FT-IR)、X-射线电子能谱(XPS)及扫描电镜(SEM)等测试手段表征了BCA与QF/PSA复合材料的相互作用和界面改性效果。结果表明:BCA能够分别与PSA和QF形成良好的化学键合,改善复合材料的界面黏结;经w=2.0%的BCA处理后,QF/PSA复合材料的层间剪切强度、弯曲强度分别较未处理前提高了69.1%和68.8%。     

空气介质阻挡放电对超高分子量聚乙烯纤维表面性能及粘结力的影响研究

利用空气介质阻挡放电(DBD)等离子体对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维进行表面改性处理研究以提高纤维表面的润湿和粘结性能.分别研究了等离子体处理时间及电压对UHMWPE纤维拉伸断裂强力、接触角、表面形貌、表面化学成分和粘结性能等的影响规律.SEM分析结果表明,空气DBD等离子体处理后UHMWPE纤维表面出现垂直于纤维轴向分布的凹坑和裂纹,使得纤维表面粗糙度显著增加.XPS分析表明空气DBD处理后纤维表面碳元素含量显著下降;同时氧元素和氮元素的含量均较处理前增加,但氧元素含量增加的幅度显著高于氮元素.XPS分峰结果表明等离子体处理后UHMWPE纤维纤维表面C—O/C—N基团含量显著增加,同时出现了C O和O—C O这2种新的含氧官能团.同时,接触角及和与环氧树脂之间的界面剪切力(IFSS)测试结果表明DBD等离子体处理后UHMWPE纤维表面润湿性能和粘结力均产生显著提高,且随着等离子体处理时间或电压的增加,UHMWPE纤维的表面润湿性能和粘结力均呈现先上升后下降的趋势.空气DBD等离子体处理对UHMWPE纤维的力学性能影响较小,当处理电压低于200 V,处理时间小于100 s,纤维强力下降比率小于5.2%.     

单晶二氧化钛纳米棒阵列的修饰及其在量子点敏化太阳电池中的应用(英文)

使用TiCl4溶液对单晶TiO2纳米棒阵列(TNRs)进行修饰,通过在TiO2纳米棒表面合成TiO2纳米颗粒来提高TNRs的表面积,提高TNRs对量子点的吸附能力,并在此基础上研究了TiCl4修饰时间对基于单晶TNRs的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池光伏性能的影响,同时结合强度调制光电流谱(IMPS)研究了TiO2纳米棒阵列的电子传输性能.结果表明:TiCl4修饰可以大幅提高基于单晶TNRs的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池的光伏性能,在TiCl4修饰时间为60 h时,其短路电流密度和光电转换效率分别由修饰前的(2.93±0.07)mA·cm-2和0.36%±0.02%提高至(8.19±0.12)mA·cm-2和1.17%±0.07%.同时,IMPS测试表明电子在单晶TiO2纳米棒阵列中的传输速率高于在TiO2纳米颗粒薄膜中的传输速率,证明了单晶TiO2纳米棒阵列在电子传输方面的优越性.     

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%.     

耐高温可溶性聚酰亚胺树脂及其复合材料

制备了2种耐高温可溶型聚酰亚胺树脂(PI-1, PI-2)及其复合材料, 系统研究了树脂的工艺性, 纯树脂固化物的热性能及其复合材料的界面形貌、 介电性能和力学性能. 研究结果表明, 树脂低聚物在极性非质子溶剂中具有良好的溶解性, 且熔体黏度较低, 表明其具有优异的加工性能. 两种树脂固化物在空气中的5%热失重温度均高于550 ℃, PI-1树脂的玻璃化转变温度(T_g)为430 ℃, PI-2树脂的T_g为380 ℃. 石英纤维/PI-1和石英纤维/PI-2复合材料具有较低的介电常数和介电损耗. 碳纤维/PI-1复合材料在420 ℃下的弯曲强度保持率可达62%, 层间剪切强度保持率可达48%, 具有较优异的高温力学性能. 采用普通模压工艺制备了厚度高达45 mm的复合材料制件, 进一步证明这2种树脂具有优异的工艺性.     

改性纳米CaCO3/PE-g-MAH/HDPE复合塑料拉伸性能研究

采用硬脂酸(SA)对纳米进行表面活化,考察了改性纳米CaCO3、马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)分别或共同添加到高密度聚乙烯(HDPE)中形成的复合塑料的拉伸性能.结果表明:用质量分数为7%硬脂酸改性的纳米CaCO3,能较好地促使无机粒子的分散和与HDPE的结合,提高复合塑料的拉伸性能.PE-g-MAH的进一步嫁接作用,可延长硬脂酸分子链,加强硬脂酸和基体树脂之间的缠结作用,从而显著提高了复合塑料的拉伸强度.     

静电纺丝法制备胆固醇-g-聚乳酸液晶/ 聚乳酸复合纳米纤维膜

以辛酸亚锡为催化剂, 胆固醇(CHOL)为共引发剂引发D,L-丙交酯开环聚合, 制备了胆固醇-g-聚(D,L-乳酸)(CHOL-g-PDLLA)低聚物, 采用偏光显微镜(POM)和差示扫描量热(DSC)方法考察了其液晶特性. 通过静电纺丝技术制备了CHOL/PDLLA和CHOL-g-PDLLA /PDLLA复合纳米纤维膜, 对其形貌、界面相容性、孔隙率、拉伸性能和细胞相容性进行了研究. 结果表明, CHOL-g-PDLLA为一种热致胆甾型液晶, 液晶温度区间为21.8~74.5 ℃; CHOL-g-PDLLA/PDLLA复合纳米纤维膜的纤维形态良好, 表面均匀光滑, 孔隙率在70%~75%之间, 且其界面相容性优于相应的CHOL/PDLLA. 随着CHOL和CHOL-g-PDLLA含量的增加, 复合纳米纤维膜的拉伸强度逐渐下降, 但CHOL-g-PDLLA/PDLLA复合纳米纤维膜的拉伸强度显著大于CHOL/PDLLA. 体外骨髓间充质干细胞培养结果显示, CHOL-g-PDLLA/PDLLA复合纳米纤维膜具有良好的细胞相容性, 且优于相应的PDLLA和CHOL/PDLLA纳米纤维膜.     

氧化石墨烯接枝碳纤维新型增强体的制备与表征

利用“Grafting-to”化学修饰法制备氧化石墨烯接枝国产碳纤维新型增强体。利用红外光谱、X射线光电子能谱和原子力显微镜对样品的官能团和表面形貌进行表征;利用接触角测量、单丝拉伸方法研究了接枝前后纤维单丝的润湿性能及拉伸强度,并通过微脱粘法分析了其复合材料的界面剪切强度。结果表明：氧化石墨烯的接枝修饰使国产碳纤维表面粗糙度提高了166%,表面能提高了46.3%,拉伸强度提高了7.8%,复合材料的界面剪切强度提高了111.7%。     

CdS量子点敏化ZnO纳米棒阵列电极的制备和光电化学性能

采用连续式离子层吸附与反应法制备了CdS量子点敏化的ZnO纳米棒电极.应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对CdS量子点/ZnO纳米棒电极的形貌、晶型和颗粒尺寸进行了分析和表征;采用光电流-电位曲线和光电流谱研究了不同CdS循环沉积次数及不同沉积浓度对复合电极的光电性能影响.结果表明,前驱体浓度都为0.1mol·L-1且沉积15次敏化后的ZnO纳米棒阵列电极光电性能最好.与单纯的ZnO纳米棒阵列电极和单纯的CdS量子点电极相比,其光电转换效率显著提高,单色光光子-电流转换效率(IPCE)在380nm处达到76%.这是因为CdS量子点可以拓宽光的吸收到可见光区,并且在所形成的界面上光生载流子更容易分离.荧光光谱实验进一步说明了光电增强的原因是,两者间形成的界面中表面态大大减少,有利于减少光生电子和空穴的复合.