1,5-萘二酚改性环氧树脂及其氮化硼复合材料的制备与导热性能

环氧树脂是导热复合材料领域必不可少的,但是由于其本征导热系数较低限制了应用,因此提高环氧树脂本征导热系数对于高性能导热复合材料的开发具有重要意义。环氧树脂本征热导率的提高通常可采用引入刚性基团的方式实现,而实际操作中往往受限于含刚性基团分子与环氧树脂分子之间存在极性差异、相容性不一致等问题,导致环氧树脂及其复合材料结构设计与合成具有复杂性,限制了其实际应用。采用含较强刚性萘环的1,5-萘二酚(Naphthalenediol)改性环氧树脂(EP)制备萘改性环氧树脂(NEP),改善环氧树脂分子链的“有序性”,减少导热过程中声子的散射,提高材料的导热性。研究结果表明,NEP的导热系数为0.32 W/(m·K),是EP导热系数0.19 W/(m·K)的1.68倍。氮化硼(BN)填料的加入使NEP/BN复合材料的热导率提升至1.25 W/(m·K),为EP/BN复合材料热导率1.01 W/(m·K)的1.24倍,EP的6.58倍。NEP及NEP/BN复合材料导热性能的提升,归因于萘环的刚性引起分子链的排列更加有序,以及改性过程中形成氢键的协同作用。向环氧树脂中引入萘环结构,采用简单的试验操作,明显提高了环氧树脂的本征热导率,可以为具有良好导热性能的树脂材料的开发提供思路。

超浸润油水分离膜及其研究进展

受到自然界中动植物表面超疏水/超亲水特性的启发,仿生超浸润膜材料作为一种新兴的油水分离材料引起了科研人员的广泛关注。首先通过对影响膜材料表面润湿性的基础模型进行分析,包括Young方程、Wenzel模型和Cassie模型,总结了制备超浸润膜材料需要调控的2个关键因素——表面张力和纳微多级结构。其次,对比分析了不同类型超浸润膜的油水分离过程,概述了超浸润油水分离膜的技术优势,包括油水选择性好、分离效率高、操作简单、能耗低等。揭示了常见超浸润膜对稳定油水乳液的分离机理,即基于膜孔径小于乳液尺寸的筛分效应;通过膜材料对油水截然相反的浸润性实现界面破乳和选择性分离。在此基础上,重点综述了近年来常见超浸润油水分离膜的研究进展,其中包括超疏水/超亲油膜、超亲水/水下超疏油膜、Janus膜、智能响应膜,并对不同类型的超浸润膜材料在分离过程中存在的技术优势和问题进行了分析。最后,提出了该领域研究存在的问题和面临的挑战,并对未来超浸润膜材料的发展方向和应用前景进行了展望。

超疏水涂层在防腐阻垢领域研究进展

近年来,超疏水涂层在防腐阻垢领域的研究应用受到了广泛的关注。本文以超疏水表面的基本原理为切入点,简单介绍了Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型,通过综合分析得出了制备人工超疏水表面的两个关键条件——纳微多级结构和低表面能。随后又详细地阐述了超疏水涂层防腐阻垢的相关机理:(1)特殊纳微结构截留的空气层可以有效地隔绝腐蚀环境并且影响结垢的生长形态;(2)极低的表面能可以极大降低腐蚀介质和结垢离子的黏附强度。在此基础上,综述了近年来超疏水涂层在防腐阻垢领域的研究进展,针对各项研究成果的原理及其优势进行了总结,并进一步指出了超疏水涂层在实际应用中所面临的问题,包括制备方法复杂、机械耐久性差、化学稳定性不足等。最后,从涂层材料的选取、制备工艺的改进、评价体系的完善等方面对超疏水涂层未来的发展方向进行了展望。

三维超浸润多孔材料在油水分离中的研究进展

受自然界超浸润现象的启发,三维超浸润多孔材料因其具有独特的油水分离优势受到科研工作者的广泛关注。本文首先分析了三维超浸润多孔油水分离材料的表面浸润性基础模型,包括Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型;随后指出设计三维超浸润多孔材料的关键是调控材料的表面能和纳微结构,总结了三维超浸润多孔材料存在的独特优势,包括空隙率高、密度小、质地轻、比表面积大等特性;揭示了常见的三维超浸润多孔材料的油水分离原理,包括表面介质或基团对油滴/水滴的吸附效应以及不同亲疏性的选择效应。基于此,概括了不同种类三维超浸润多孔材料在油水分离领域中的研究进展,包括三维超浸润多孔海绵、三维超浸润多孔泡沫、三维超浸润多孔气凝胶,并针对不同类型三维超浸润多孔材料在油水分离过程中存在的独特优势和缺陷进行了总结,指出三维超浸润多孔材料在实际应用中存在的问题和挑战,并对研究出机械性能稳定、回弹性好、具备持久分离效果的三维超浸润多孔材料进行了展望。

不同介质中聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能

分别在碱液、水、油和干摩擦条件下考察了碳纤维和玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能。利用SEM观察了不同介质中磨损面和对摩面的形貌,并探讨了其磨损机理。结果表明,不同介质中摩擦系数的大小关系是μ干>μ水或油>μ碱,磨损率是W水>W干>W碱或油。水、碱和油都不同程度地阻止了转移膜的形成。碱液和油具有很好的冷却与润滑作用,摩擦系数低,磨损小;然而水分子降低了填料和基体的界面粘接强度,造成犁削和磨粒磨损加重。

纳米TiO_2与炭纤维协同填充PTFE复合材料的摩擦磨损性能

考察了不同含量的纳米二氧化钛对炭纤维/聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜、光学显微镜分析了磨损面、磨屑及对偶面转移膜形貌,并探讨了其磨损机理。结果表明,纳米TiO2与炭纤维能够很好地协同增强聚四氟乙烯,改变磨屑形成机理,有利于形成均匀致密的转移膜,明显提高CF/PTFE复合材料的耐磨性。当纳米TiO2含量为5%时,10%CF/PTFE复合材料表现出最佳的耐磨性,耐磨性又提高了2.77倍,而磨屑尺寸只有未加时的1/20。

双疏表面的制备及性能研究新进展

表面润湿性是自然界最常见的现象之一。作为润湿的一种特殊状态,近年来双疏表面的研究已成为研究的新热点。双疏表面在疏水、疏油、防污染、自清洁、低摩擦性等方面表现出巨大的应用潜力。本文系统归纳了双疏表面的制备方法,综述了双疏表面的研究新进展,并对其今后的发展进行了展望。

超双疏耐磨PPS基涂层的制备与性能

以NH_4HCO_3为造孔剂,碳纳米管(CNTs)为纳米级纤维填料,采用简单的喷涂工艺制备出超双疏耐磨聚苯硫醚(PPS)基涂层。采用扫描电镜(SEM)、接触角测量仪分析涂层的表面形貌和疏水、疏油性能。采用定载砂纸打磨法测试双疏涂层的耐磨损性能。结果表明:造孔后的涂层表面粗糙,表面的多孔结构和CNTs构成了特殊的微纳二元复合网络结构。当NH_4HCO_3的含量为5%(质量分数)时,涂层实现超疏水和超疏油,对水、甘油和乙二醇的接触角分别为162°,158°和152°。用砂纸反复打磨10000次后,涂层表面轻微磨损,仍保持了高疏水效果,具有良好的耐磨性能。

多孔PEEK自润滑材料的制备与摩擦磨损性能

采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺制备了多孔聚醚醚酮(PEEK)发汗式自润滑材料,并分别考察了成型压力、造孔剂含量和润滑油脂种类对PEEK多孔自润滑材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明,压力为100MPa,NaCl的质量分数为30%,采用通用锂基脂时,所得多孔PEEK自润滑材料的磨损率最低,200N下磨损率为2.73×10-16m3/(N.m),与纯PEEK干摩擦相比耐磨性提高了1245倍,其耐磨性较经典的炭纤维增强PEEK复合材料还提高了32倍。研究表明,多孔结构能够储存润滑油,在摩擦过程中能通过发汗作用在对偶面上形成稳定连续的油膜而起到良好的润滑作用,从而大幅降低复合材料的摩擦系数和磨损率。

TiO_2载体特性对二苯并噻吩加氢脱硫性能的影响

以自制的大比表面介孔二氧化钛晶须作为加氢脱硫催化剂的载体,采用一步浸渍法制备了MoO3-NiO/TiO2催化剂,并用X射线衍射、N2吸附-脱附、SEM、拉曼衍射等技术对载体和催化剂进行了表征,考察了TiO2晶须材料作为二苯并噻吩(DBT)上加氢脱硫(HDS)催化剂载体的性能及优越性,并详细考察了不同TiO2载体的晶型与比表面积对催化剂加氢脱硫反应活性的影响。结果表明,TiO2介孔晶须具有较为活泼的锐钛矿相和晶须形貌,同时提供了大的比表面积和特殊的孔道结构,在温度280℃、氢分压2.0 MPa、氢/油体积比400、体积空速4h-1的温和条件下,DBT转化率即可接近100%。比表面积相近时,催化剂的脱硫效果依次为锐钛矿相>混晶>金红石相;同为锐钛矿相TiO2载体,催化剂的脱硫效果随着比表面的增大而增加。

晶须表面改性及其填充聚醚醚酮摩擦学行为

利用溶胶-凝胶(sol-gel)、氟表面活性剂(FSO)和钛酸酯偶联剂(NDZ-102)等对钛酸钾晶须(PTW)进行了表面改性,对比了改性后水接触角的变化,考察了干摩擦条件下PTW改性对聚醚醚酮(PEEK)复合材料摩擦磨损性能的影响.利用SEM和光学显微镜观察了磨损面和对偶面转移膜形貌,并分析了其磨损机理.实验结果表明:改性后PTW的水接触角均有不同程度的提高,FSO改性得最高;改性后PEEK复合材料的摩擦因数均降低,在各载荷下FSO和溶胶-凝胶改性PTW后PEEK复合材料耐磨性明显优于未改性的,300N载荷下较未改性的分别提高2.64和2.11倍;但是NDZ-102改性却降低了复合材料的耐磨性.

聚醚醚酮基复合材料端面摩擦热的有限元数值模拟

树脂基复合材料导热困难,聚热严重,所以端面摩擦热对其使用性能起到关键作用。文中根据聚醚醚酮(PEEK)复合材料在持续旋转双环摩擦运动作用下端面摩擦热产生的特点,运用有限元方法建立二维轴对称模型,研究复合材料的实时温度场分布,分析端面摩擦热对复合材料摩擦学性能的影响。最后,选取纯PEEK来验证模拟方法的可行性。研究结果表明:模拟得到的最高温度值和实测值误差小于2%,有限元方法可以比较准确地预测树脂基复合材料在连续的摩擦过程中任意时刻任意位置的温度值,可为树脂基复合材料的摩擦学应用及设计提供参考。

仿生多孔润滑耐磨CF/PTFE/PEEK复合材料的设计及其摩擦学性能

采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺制备了自身发汗式润滑耐磨多孔CF/PTFE/PEEK复合材料。考察了造孔剂(NaCl)、PTFE的含量及炭纤维层间间距对多孔PEEK复合材料结构和摩擦学性能的影响。结果表明,当PTFE含量为20%(质量分数,下同)、NaCl为30%、炭纤维层间间距为0.4mm所得多孔CF/PTFE/PEEK复合材料摩擦因数和磨损率最低,200N下摩擦因数、磨损率分别为0.0192,3.47×10-16 m3/Nm,较经典CF/PEEK复合材料摩擦因数降低了9倍,耐磨性提高了25倍。原因在于复合材料中PTFE能形成连续的转移膜,降低了材料摩擦因数;NaCl形成的多孔结构能储存住一定润滑油脂,摩擦过程中在载荷和温度的作用下能形成稳定润滑油膜,明显降低了材料磨损量;炭纤维布起到支撑骨架作用,并协同PTFE,NaCl提高多孔PEEK复合材料摩擦磨损性能。

纳微多级孔ACF/PTFE/PEEK复合材料的制备及发汗式减摩耐磨性能

采用模压-滤取和高温真空熔渍工艺及纳微多尺度协同设计制备了自身发汗式多级孔活性炭纤维(ACF)/聚四氟乙烯(PTFE)/聚醚醚酮(PEEK)复合材料。考察了ACF、微米级造孔剂NaCl含量及载荷对其摩擦学性能的影响。结果表明,当介孔ACF总质量分数为8%、NaCl总质量分数为30%所得多级孔ACF/PTFE/PEEK复合材料摩擦系数和磨损率最低,载荷为200N时,摩擦系数、磨损率分别为0.0259、5.26×10-16m3/N·m,较经典炭纤维增强PEEK复合材料摩擦系数减少86%,耐磨性提高了16倍。研究表明,介孔ACF在材料内部形成了贯通型三维网络毛细管道,如同人体汗腺机制,使微米级孔中储存的润滑脂在载荷和温度的作用下能在摩擦面上形成较好的润滑油膜,并且ACF能起到部分骨架支撑作用,因而ACF在材料中起到很好的减摩耐磨作用。

高温耐磨PTFE复合材料的力学性能和摩擦性能

在室温～250℃宽范围内研究了温度对PTFE基复合材料硬度、剪切强度、压缩模量及磨损率的影响。结果表明,温度升高,聚四氟乙烯(PTFE)复合材料的剪切强度和压缩模量呈二次抛物型曲线快速降低,而硬度呈线性递减关系;所制纳微协同增强PTFE复合材料承载时200℃附近才出现磨损率拐点,明显优于国内外水平;基于室温环境的聚合物力学、磨损性能以及高温下的力学性能,建立了聚合物磨损预测方程,可以快捷地预测出高温下PTFE复合材料的磨损率。

腐蚀环境中纤维增强聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

分别研究了不同含量碳纤维(CF)、玻璃纤维(GF)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料在硫酸溶液中和干摩擦条件下的摩擦学性能,同时考察了PTFE复合材料在酸中的腐蚀行为,探讨了相关机理。结果表明,在酸中GF能够提高PTFE的耐磨性,比CF在提高PTFE耐磨性方面具有更好的优势。就酸溶液中的耐磨性和耐腐蚀性而言,15%(质量分数,下同)是填料的最佳含量,此时GF和CF填充的PTFE的耐磨性分别较纯PTFE提高了7.7和4.4倍。当填料的含量超过15%时,复合材料的耐磨性和耐腐蚀性均下降,主要是由于此时犁削和磨粒磨损是PTFE复合材料的主要磨损机制。由于酸溶液的冷却和润滑作用,硫酸溶液中PTFE复合材料的摩擦因数大幅降低,但酸溶液抑制了对摩面上转移膜的形成。

水热法制备TiO_2片晶及光催化性能

以稳定的金红石相TiO2为原料,水热法制备出微米级TiO2片晶。采用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、N2吸附-脱附等分析手段对样品进行了分析。将不同温度下煅烧后样品进行甲基橙降解实验。实验结果表明,反应48h可获得长60～80μm、宽30～60μm、厚4～9μm的介孔片晶。经450℃煅烧可得到锐钛矿相占83.6%的混晶,比表面和孔径分别为68m2.g-1、21.6nm,对甲基橙降解率最高,在30min内降解了92.4%,60min几乎全部降解,其催化活性优于商用P25,且微米级的颗粒更容易回收再利用。

碳纤维表面聚合物接枝改性的研究进展

碳纤维以轻质高强、耐热耐腐蚀、抗蠕变等优点成为十分重要的增强材料。但未经处理的碳纤维表面光滑、呈惰性、界面的粘结性差,需对其表面处理。聚合接枝改性具有不损坏基体、稳定性好且可以接枝特定聚合物等使它成为改性碳纤维的主要方法,详细综述了辐射接枝、光表面接枝、等离子接枝和化学接枝4种聚合接枝改性方法的研究与应用,并比较了它们的优缺点,为碳纤维表面改性研究提供了参考。

提高中高压无油润滑活塞环寿命的途径

无油润滑压缩机活塞环常处在干摩擦、高温、高载荷等恶劣工况下运行,它的使用寿命受到许多因素的影响。本文分析了影响无油润滑活塞环使用寿命的因素,指出活塞环磨损过程的外部条件如载荷、滑动速度及环境温度等都是影响复合材料摩擦磨损性能的重要因素。从选材和结构设计等方面阐述了提高中高压下无油润滑活塞环使用寿命的多种有效途径。

超细氧化钛纤维对PEEK摩擦学和热性能的影响

研究了超细氧化钛纤维对PEEK摩擦磨损、耐热和结晶性能的影响,并与nano-TiO2粒子增强PEEK作对比,探讨了相关作用机理。结果表明:与nano-TiO2微粒相比,超细TiO2纤维具有更强的显微补强、显微耐磨作用,填充超细TiO2纤维的PEEK表现出更好的减摩耐磨特性和耐热性能。无论在较低载荷还是较高载荷下,超细TiO2纤维/PEEK复合材料的摩擦系数和磨损率均低于nano-TiO2/PEEK复合材料,且其磨损面、对偶面更加平整光滑。载荷200 N时,5%～10%(质量)TiO2纤维/PEEK复合材料的耐磨性能是相同含量nano-TiO2增强PEEK复合材料的3.28～7.63倍。