玄武岩纤维增强树脂基复合材料界面改性策略

近年来,工业界和学术界都将注意力聚焦在可持续天然纤维复合材料的开发上。玄武岩纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、隔热隔音、热振稳定性好、介电性能优异、绿色无污染及成本低等优点,玄武岩纤维增强树脂基复合材料凭借其优异的机械性能和可设计性被广泛地应用于飞行器、汽车、船舶、建筑、石油化工管道及风力发电机叶片等领域。然而,玄武岩纤维与聚合物基底间差的相容性导致玄武岩纤维增强树脂基复合材料存在诸多缺陷和不足。其中,界面强度不够高、界面相易被破坏的问题成为制约玄武岩纤维增强树脂基复合材料发展的瓶颈之一,因此许多玄武岩纤维增强树脂基复合材料研究工作集中在提高其界面结合能力上。本文介绍了玄武岩纤维增强树脂基复合材料的主要研究方向,以及几种常见的复合材料界面作用机理,并综述了近年来国内外关于玄武岩纤维增强树脂基复合材料界面增强改性方面的研究工作。     

纤维增强树脂基复合材料多相结构特征对材料性能的影响

综述了纤维复合材料结构和性能的关系,着重介绍界面对复合材料宏观力学性能的影响。     

聚丙烯基纳米碳纤维复合材料结晶行为研究

采用示差扫描量热法(DSC)研究了纳米碳纤维对PP／CNF复合材料中PP结晶行为的影响。结果表明：纳米碳纤雏可提高PP的结晶温度，但略降低其结晶速率和结晶度。提高纳米碳纤雏含量或减小纳米碳纤雏直径，PP结晶行为的上述变化更为明显，但结晶速率随纳米碳纤维含量出现先减小后增大的趋势。     

碳纤维对聚丙烯结晶行为的影响

本文用偏光显微镜和示差扫描量热计(DSC)方法研究了碛纤维对聚丙烯结晶行为的影响。碳纤维表面对聚丙烯结晶过程具有明显的促进作用,纤维表面成核密度轻高,结晶生长成为横穿结晶,结晶特征温度随碳纤维加入而有不同程度的升高。结晶动力学表明:结晶生长本质仍是球晶机理,促进聚丙烯结晶的原因是碳纤维使结晶过程的表面自由能降低。     

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.     

双向形状记忆结晶聚合物及其复合材料的研究进展

形状记忆聚合物是一种典型的智能材料,具有质轻、形变量大、可对多种刺激进行响应等优点.根据形状记忆过程的可逆性进行分类,形状记忆效应可以分为2种:单向与双向形状记忆效应.与不可逆的单向形状记忆过程相比,双向形状记忆过程是可逆的,样品不需要使用者进行再次变形,就可以在原始形状与临时形状之间进行可逆转换,因此其具有极高的实用价值与广阔的应用前景,受到各国研究人员的广泛关注,成为当前的研究热点之一.本文总结了近年来所研究的双向形状记忆结晶聚合物及其复合材料,包括恒外力条件下(外力≠0)的准双向形状记忆结晶聚合物,无外力条件下的双向形状记忆结晶聚合物及其复合材料.具体来说,前者包括在恒外力作用下的化学或物理交联的结晶聚合物.后者包括双层或核-壳聚合物复合材料、由分步交联得到的双网络交联结晶聚合物、化学交联的双组分结晶聚合物、具有较宽熔融转变的化学交联结晶聚合物与物理交联的结晶聚合物.重点关注了这些材料的制备方法、影响因素及相应的双向形状记忆机理,并对其研究前景进行了展望.     

石墨烯改性树脂基复合材料力学性能研究进展

树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、耐高温、耐腐蚀、质轻等诸多优点,在航天军工、生物医疗、电子封装、体育器材等众多领域得到广泛应用。石墨烯作为一种典型的二维纳米材料,凭借其独特结构以及优异的物理化学性能而备受关注。近年来的研究表明石墨烯可以通过对增强纤维改性和对基体树脂改性的方法来提高树脂基复合材料的力学性能。本文介绍了石墨烯改性树脂基复合材料的增强增韧机理,对石墨烯改性纤维(碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维)增强复合材料以及树脂的改性方法进行了综述;着重阐述了石墨烯改性树脂基复合材料力学性能的研究进展,分析了石墨烯改性树脂基复合材料研究中依旧存在的两大问题,即石墨烯的分散性和界面结合问题,并对石墨烯改性树脂基复合材料的未来发展前景进行了展望。     

热致液晶共聚酯对聚丙烯结晶的诱导作用

用差示扫描量热法和光学解偏振法研究了热致液晶性芳香共聚酯与聚丙烯共混物的等温和非多温结晶行为.结果表明,这一热致液晶聚合物对聚丙烯结晶有诱导成核和加速作用.当共聚酯含量在2-5％之间时,聚丙烯的结晶速率最快.偏光显微镜的观察揭示出在聚丙烯熔体中原位形成的液晶聚合物微纤诱导了聚丙烯横穿晶的形成.     

硅灰石纤维增强聚甲醛复合材料的制备与性能研究

采用经硅烷偶联剂处理的无机矿物硅灰石纤维(WF)填充改性聚甲醛(POM),通过熔融共混制备POM/WF复合材料,并讨论了纤维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:当硅灰石纤维的添加量为1%(质量分数)时,复合材料的断裂伸长率、缺口冲击强度、洛氏硬度最大,分别为44.8%、6.5kJ/m~2、86.1,较纯POM基体分别提升19.5%、7.1%和4.1%.此外,硅灰石的加入能够有效提高复合材料的热稳定性.当硅灰石纤维含量为10%(质量分数)时,复合材料的起始分解温度较纯POM提高了11℃.     

半晶聚合物复合材料中的横晶

半晶聚合物复合材料,尤其是纤维增强的半晶聚合物复合材料,在其界面区常有横晶结构生成。本文综述了横晶自发现至今的研究情况,对横晶的形成和生长机理进行了描述,对影响横晶生成和性质的因素进行了分析,着重介绍了几种典型半晶聚合物复合材料体系的横晶形态,并讨论了横晶对界面特性和复合材料性能的影响。     

Effect of Fiber Volume Fraction on the Flexural Properties of Unidirectional Carbon Fiber/Epoxy Composites

In this study, the effect of fiber content on the flexural property of continuous carbon fiber/epoxy composites was investigated. Samples with four different fiber volume fractions, 50, 60, 70, and 80 vol.%, were fabricated. For comparisons, cast epoxy resin was also prepared. It was observed that the flexural strength and modulus of this material are enhanced with increasing fiber volume fractions in the range of 50–70 vol.%. Results show that the carbon fiber/epoxy composites possess the largest fracture force and displacement when the fiber volume fraction is 70 vol.%, which is mainly attributed to the effective stress transfer of fibers. This can restrict crack tip propagation and blunt the crack tip, then consume abundant deformation energy and result in an increase of fracture work. On the other hand, poor flexural property was observed when the sample with high fiber volume fraction (80 vol.%) was tested. Three different types of failure modes were observed according to the fiber content.     

Studies on Composites of Nanoparticles and Some Polymers

The metal oxide nanoparticle of Cr₂O₃ was made into a composite with the polymers, which is of novel functions. Surfactants solubilized agents were used to increase compatibility between the two phases. The. application of the new products is described.     

碳纤维自焊接骨架结构的形成及其复合材料性能研究

报道了一种将短切碳纤维(CF)自发焊接成三维网络结构的新方法.研究发现,尼龙6(PA6)与CF具有较强的相互作用,SEM照片及储能模量高温平台表明,添加少量PA6能够在PS基体中形成耐高温的CFPA6自焊接骨架结构,PA6用量越多,高温储能模量越高,自焊接骨架结构强度越大.研究证明,这种自焊接骨架结构能够大幅度提高PS/CF复合体系的热变形温度,碳纤维具有优异的导电导热性能,碳纤维骨架结构能够降低导电临界浓度,增强面内导热系数.进一步分析表明,PA6在碳纤维表面定向聚集是一个动力学过程,CF-PA6自焊接骨架强度与PA6黏附率NPA6呈线性关系;扩大PA6与PS的黏度差,延长热压时间均有利于提高NPA6,进而大幅提高网络结构强度.     

聚合物梯度结构及其梯度功能复合材料研究的最新进展

聚合物梯度材料由于其独特的结构以及优异的性能逐渐成为聚合物基复合材料领域的研究热点。本文结合国内外对聚合物梯度结构以及梯度功能复合材料的最新研究现状,介绍了聚合物梯度材料的制备方法,根据制备原理的不同,其主要可以分为外界场法和物理化学法两大类;然后重点介绍了聚合物梯度材料的结构表征的新方法-高通量组合法,该方法不但可以...     

玻璃微珠填充改性聚合物研究进展

玻璃微珠作为一种新型的刚性粒子 ,除了对于聚合物的增强增韧作用 ,在许多方面都已引起聚合物改性工作者的关注。本文从玻璃微珠对聚合物的增韧效果 ,玻璃微珠填充聚合物的拉伸性能、动态力学性能、流变形能、界面以及其他性能等方面综述了近年来玻璃微珠填充改性聚合物的研究进展     

短纤维/硅树脂复合材料的性能研究

分别用ＰＥＴ短纤维和硅灰石（无机针状晶须）增强甲基乙烯基硅树脂,研究了纤维长度、含量与复合材料力学性能的关系,并考察了增强纤维对硅树脂热稳定性的影响。结果表明：ＰＥＴ短纤维增强硅树脂复合材料的拉伸强度、模量和硬度显著提高,断裂伸长率下降;ＰＥＴ纤维长径比在１８０～３００范围内时,复合材料的拉伸强度增大;硅灰石增强的复合材料强度、模量及硬度提高相对较小,断裂伸长率随强体用量增多,先增加而后降低,存在     

竹纤维增强可生物降解复合材料研究进展

天然植物纤维增强可生物降解复合材料是一类性能优良、环境友好、可自然降解的绿色环保复合材料。众多天然植物纤维中,竹纤维不仅资源丰富、有优异的力学性能,还具有天然抗菌、除臭、吸湿放湿、抗紫外线等优点,广泛应用于复合材料的制备。本文对竹纤维增强可生物降解复合材料的增强体材料和基体材料特性、改性预处理方法、成型工艺和生物降解特性等性能评价的国内外研究现状进行了综述,同时还对竹纤维增强可生物降解复合材料的未来研究和发展趋势进行了展望。     

纤维/聚乳酸复合材料的研究进展

综述了天然纤维、合成纤维以及无机纤维增强聚乳酸(PLA)复合材料性能及研究进展,天然纤维包括麦秆纤维、菠萝叶纤维、竹纤维和蔗渣纤维等,合成纤维包括粘胶纤维、微纤化纤维素等,无机纤维中的玄武岩纤维和碳纤维,还比较了多种纤维增强PLA复合材料的力学性能。同时,对比了物理改性、化学改性以及增塑改性三种不同方法,对常用到的电晕处理、碱处理、偶联剂处理以及新型的等离子体处理、热蒸汽处理等对复合材料的影响作简要的阐述。最后,展望新型改性方法和生产技术的出现,以获得性能更优的绿色材料。     

In-line rheometry of polypropylene based Wood Polymer Composites

A completely satisfactory off-line rheological investigation of Wood Polymer Composites (WPCs) is very challenging at processing temperatures: when using rotational rheometry in oscillatory mode, the linear viscoelastic region is often too small, while in capillary rheometry the sieving effect of the fibres may invalidate the results. Moreover, all off-line tests present the risk of wood degradation.To this aim, an in-line extrusion rheometer (slit die) has been developed. The major advantages are that the measurements are made in real processing conditions and degradation problems are less severe thanks to reduced oxygen level inside the extruder barrel.In order to verify the methodology, tests have been conducted on a commercial polypropylene based WPC with 30 wt.% white fir fibres and compared with off-line measurements performed at a lower temperature on the same material. For comparison, a temperature shift factor has been used, that has been estimated by characterizing the polypropylene matrix alone.