水性聚氨酯的合成及其在高性能纤维复合材料中的应用

综述了水性聚氨酯的合成方法、制备原料及其国内外研究进展,简介了水性聚氨酯在对位芳纶和超高相对分子质量聚乙烯纤维增强复合材料中的应用。指出今后水性聚氨酯将通过复合改性方法来提高其综合性能,以期在高性能纤维增强复合材料制备中有更广泛的应用。

石墨烯/微球导电纳米纤维传感纱线的制备及性能

为制备高灵敏的柔性纱线型压力传感器,利用共轭静电纺纱和静电喷雾技术一步制备出嵌入氧化石墨烯(GO)片和聚苯乙烯(PS)微球的纳米纤维传感纱线,进一步结合化学还原工艺得到石墨烯/微球导电纳米纤维传感纱线,并组装成纱线型压力传感器。试验表征了传感纱线的形貌、力学性能和导电性能,并测试了传感器的压力传感性能和应用性能。结果表明:该传感器具有良好的柔性和可拉伸性,在0.01~0.05 N、0.05~0.50 N和0.50~2.00 N三个压力范围内的灵敏度分别为32.51 N^(-1)、16.485 N^(-1)和2.712 N^(-1),具有良好的压力响应循环稳定性和可靠性,可应用于监测呼气、手指运动等信号和摩斯电码,在智能纺织品、健康监测、人工智能等领域具有广阔的应用前景。

羊毛纤维低温美拉德环保染色工艺研究

为了探索羊毛纤维绿色染色方法,利用羊毛角蛋白与二羟基丙酮(DHA)发生美拉德反应实现羊毛低温环保染色,研究反应时间、DHA质量浓度、溶液pH值以及反应温度4个变量对羊毛纤维上染的影响,分析羊毛纤维的染色性能与抗紫外线性能及力学性能与表面形态的变化。结果表明:染色后的羊毛纤维表现出不同深浅的棕褐色系着色效果,抗紫外线性能明显提升;各变量均对羊毛纤维的K/S值产生影响,其中反应温度和时间对羊毛纤维K/S值的影响起主导作用,但在2.5 h后羊毛纤维的显色变化不明显;最优工艺条件为DHA质量浓度54g/L、pH值7、反应温度95℃、反应时间3.5 h,该条件下羊毛纤维呈现深褐色效果,其K/S值为10.14,紫外线防护系数(UPF)值较原样增加约11倍,同时羊毛纤维具有良好的力学性能,羊毛纤维表面鳞片层的形态无明显变化。

聚丁二酸丁二醇酯/丝胶蛋白共混纤维的制备及其性能

为提高聚丁二酸丁二醇酯(PBS)纤维的服用舒适性,将PBS与天然高分子丝胶蛋白共混,经熔融纺丝制成PBS/丝胶蛋白共混纤维,研究了丝胶蛋白质量分数对纤维形态结构、化学结构、热性能、力学性能与降解性能的影响。结果表明:共混纤维具有丝胶蛋白为分散相,PBS为连续相的形态结构;丝胶蛋白的存在改善了PBS纤维断裂伸长率过高的问题,当其质量分数达到15%时,共混纤维的断裂伸长率为8.9%;共混纤维的饱和回潮率为3.90%,接近于合成纤维中的锦纶,说明共混纤维亲肤性能优良;此外,土埋降解实验6周后共混纤维的质量损失率可达53.6%,具有快速降解的能力。

高速造纸用SSB成形网结构与耐磨损性能

为研究高速造纸用自支撑绑定成形网(self-supporting binding, SSB)结构对其耐磨性能的影响,分析不同参数(编织网纹、底面纬线直径、经纬纱线密度和插接方式等)下的SSB成形网在500、750、1 000、2 500和5 000转的磨损试验条件下的质量损失率。结果表明:SSB成形网的磨损程度随摩擦转数增加而加重;编织网纹对SSB成形网耐磨性能的影响随经纬密度变化存在差异,经纬密较小时,底层采用10枚变则经面缎纹成形网时质量损失率最大,经纬密较大时,底层采用10枚变则经面缎纹成形网时质量损失率最小;其他参数相同条件下,SSB成形网耐磨性能与底纬直径、经纬密度呈正相关;SSB成形网主体结构耐磨性能优于插接工序形成的插接结构部分。

纺丝溶液浓度对UHMWPE冻胶纤维萃取及拉伸性能的影响

通过冻胶纺丝法制备了纺丝溶液质量分数为8%～16%的超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)冻胶纤维。研究了不同浓度冻胶纤维的相分离、萃取动力学、结晶性能、热性能和拉伸性能。结果表明:冻胶纤维成形之后的相分离过程开始60 min内较为剧烈,在约2 000 min达到相分离平衡;冻胶纤维的萃取除油率随浴比的增大或萃取时间的延长而增大,最佳萃取浴比和萃取时间为10 mL/g和2 min;纤维的熔融温度和结晶度均随UHMWPE浓度的增加而增加,萃取干燥纤维的熔点和结晶度均高于其冻胶纤维;萃取干燥及拉伸后纤维的力学性能均随纺丝溶液浓度的增加而降低;随冻胶纤维内溶剂的去除及三级拉伸的进行,纤维结晶度增大而晶粒尺寸变小。

磷杂菲基共聚协效阻燃聚酰胺6纤维的制备及其性能

为提高聚酰胺6(PA6)纤维的阻燃性能,以10-(2,5-二羧基苯氧基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPODP)为共聚阻燃剂,复配二硫化钼(MoS2)或硫化锌(ZnS),制备DOPODP共聚协效阻燃PA6,经熔融纺丝制备阻燃PA6纤维,并对其结构、性能及阻燃机制进行研究。结果表明:DOPODP经共聚法成功引入PA6,DOPODP可提高PA6的阻燃性能,但其熔融温度、结晶温度等下降;引入协效阻燃剂后,阻燃PA6垂直燃烧(UL94)级别为V-0级,极限氧指数(LOI值)达30%以上;DOPODP对PA6主要表现为气相阻燃作用,DOPODP分解产生含磷自由基可捕获活性自由基,协效阻燃剂可促进PA6成炭;相比PA6纤维,阻燃PA6纤维力学性能下降,而织物的LOI值提高。

水性聚氨酯基对位芳纶纤维增强复合带的制备与性能

在不同的工艺条件下制备水性聚氨酯基对位芳纶纤维增强复合带,并对制备的纤维复合带进行力学性能测试,从而寻求最佳工艺条件.运用Weibull统计方法研究不同工艺条件下制备的芳纶复合带的统计应力和形状参数,用以表征复合带的断裂强度及断裂强度分散性.综合考虑确定当处理温度为180℃,砝码压力为19.6 MPa,走丝速度为0.36 m/min时,制备的复合带性能最佳.

吸湿发热聚丙烯腈纤维的性能研究

采用傅立叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和热重分析仪对交联改性制备的吸湿发热聚丙烯腈(PAN)纤维的吸放湿性能进行表征,与普通PAN纤维及进口吸湿发热PAN纤维进行对比。结果表明:交联改性制备的吸湿发热PAN纤维红外光谱出现了较强的羟基峰和羧酸盐的伸缩振动峰,相比普通PAN纤维,表面沟槽加深、粗糙度增加,在100℃内失重率达17.17%,热分解温度提高近70℃,结晶度大幅下降,力学性能降低;交联改性PAN纤维的吸放湿性能较普通PAN纤维大幅度提高,并高于进口吸湿发热PAN纤维,其平衡回潮率约30%,吸湿积分热达155 J/g。

黏胶纤维在低温热处理过程中的热收缩性能

利用动态热机械分析仪结合热失重曲线和红外光谱图分析了黏胶纤维在低温热处理过程中的热收缩行为,研究了催化剂、张力等因素对热收缩性能的影响,并结合热解机理阐述了这一过程中黏胶纤维的结构变化,对于黏胶基碳纤维制备工艺参数的选取提供了一定信息。

聚丙烯腈纤维的热交联工艺及性能研究

研究了不同热交联条件对聚丙烯腈纤维吸湿性能的影响。结果表明:吸湿整理后的凝胶纤维在热交联温度140℃下处理不到45 min,就可制得标准环境下平衡回潮率不小于5%的吸湿纤维。扫描电镜分析和红外图谱分析表明:吸湿聚丙烯腈纤维表面覆有吸湿膜,热失重率稍高于常规纤维。另外,吸湿处理对干燥致密化后纤维的结晶行为没有影响。

湿法纺丝制备聚丙烯腈/氧化石墨烯复合纤维及其抗紫外性能研究

将氧化石墨烯(GO)添加到溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中制备不同GO含量的纺丝液,利用湿法纺丝技术制备聚丙烯腈/氧化石墨烯(PAN/GO)复合纤维,得到的复合纤维进行致密化及热定型处理;再进行力学性能、抗紫外性能测试。结果表明:制备的PAN/GO复合纤维平均拉伸断裂强度在2.0cN/dtex以上,能够满足织造要求。和纯PAN纤维织物相比,PAN/GO复合纤维织物抗紫外性能测试结果显示,其紫外线防护因子值(UPF值)在89~108范围内,属于50+级别,表明复合织物对紫外线具有优异的屏蔽效果。

EVA共混改性UHMWPE纤维的表面性能

以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)作为共混改性剂,将其溶解在超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纺丝溶液中,制得共混改性UHMWPE冻胶纤维;对改性UHMWPE冻胶纤维进行萃取,干燥和热拉伸制得改性UHMWPE纤维;研究了改性前后纤维的结构与性能。结果表明:共混改性后UHMWPE纤维表面引入了极性基团,纤维与树脂基体的界面剪切强度得到提高,纤维表面浸润性能提高,但纤维的力学性能下降,纤维的熔点和结晶度降低,纤维重结晶温度上升,晶粒尺寸变大。

氧等离子体改性对聚酰亚胺纤维表面性能的影响

为增强聚酰亚胺纤维的界面黏附性能,采用氧等离子体技术对聚酰亚胺纤维进行不同时间的改性处理,借助X射线光电子能谱仪、场发射扫描电子显微镜、接触角表面性能测定仪,以及单纤维碎裂法等分析改性处理对聚酰亚胺纤维表面性能的影响。结果表明:在气压为10 Pa,功率为100 W的工艺条件下,采用氧等离子体处理4 min时聚酰亚胺纤维表面改性效果最佳;与原丝相比,此时纤维表面O与C元素含量比增加了108%,含氧基团C-O、C=O的含量分别由7. 6%、10. 3%增加到20. 4%、19. 2%;纤维表面产生均匀致密的微裂缝,其与树脂间界面剪切强度由29. 88 MPa增加到46. 13 MPa,增强率达54%;聚酰亚胺纤维与水的接触角从110°左右减小至55°以下,由疏水表面变为亲水表面。

碳纤维增强聚醚醚酮的非等温结晶行为与力学性能

利用聚酰亚胺(PI)作为碳纤维(CF)界面改性剂,制备了界面改性碳纤维增强聚醚醚酮(MCF/PEEK)复合材料。采用差示扫描量热仪(DSC)讨论了CF及其界面改性对PEEK非等温结晶行为的影响机制与作用规律,并基于莫志深法研究了MCF/PEEK的非等温结晶动力学;借助DSC和小角X射线散射仪(SAXS)表征不同降温速率下PEEK基体的结晶结构,采用万能试验机评价了MCF/PEEK的力学性能。结果发现:CF对PEEK的结晶有较为明显的异相成核促进作用,经过PI界面改性之后成核作用有所下降,但结晶行为仍较纯PEEK更容易发生,整体结晶速率更快;随冷却速率的增大,基体结晶度、片晶厚度与长周期均减小,MCF/PEEK的拉伸强度与模量也显著减小,层间断裂韧性提高。

细菌纤维素负载金纳米粒子复合膜的制备及催化性能

以细菌纤维素(BC)为基底,氯金酸(HAu Cl4)为金前驱体,通过原位还原法制备了BC负载金纳米粒子(Au NPs)复合膜。采用紫外-可见光谱仪、透射电子显微镜、X射线衍射仪、电感耦合等离子发射光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪对复合膜的结构和性质进行了表征,并通过对硝基苯酚(4-NP)催化还原反应来评价Au NPs-BC复合催化剂的催化性能。研究结果表明:复合膜上Au NPs的粒径大小为(5.30±1.23)nm,其反应速率常数高达5.09×10-3s-1,Au NPs-BC催化剂表现出优异的催化活性及重复稳定性。

碳纤维上浆技术对其可织性能的影响

碳纤维具有优良的力学性能,被誉为21世纪的新型材料。因其具有模量高、强度大、比重小、耐高温、抗疲劳、抗腐蚀等一系列优异的性能,其与先进树脂形成的复合材料在现代航空航天尖端技术领域及民用领域有着广泛的应用。为了提高其加工界面性能及可织造性,本文对碳纤维上浆情况,特别是对碳纤维的上浆剂、上浆工艺、表面处理的情况进行了介绍,旨在为读者提供有关碳纤维上浆技术的有关技术信息。

苎麻纤维增强复合铝管的轴向压缩性能研究

为大力发展绿色环保材料,将苎麻与铝管混合制备苎麻纤维增强复合铝管(Al-RFRP)。通过实验研究了不同卷绕角度与卷绕厚度对Al-RFRP的准静态轴向压缩作用下的破坏模式和吸能性能的影响。结果表明:Al-RFRP复合管在轴向载荷的压溃下,铝管发生渐进叠缩变形,而RFRP多为脆性断裂与界面分层。RFRP明显改善了纯Al管的轴向压缩性能,相比纯Al管,Al-RFRP复合管的峰值载荷、总吸能有所增加;其中45°卷绕方向的Al-RFRP复合管的各项吸能指标都优于90°的卷绕方向,并且卷绕厚度对90°卷绕方向的Al-RFRP复合管的吸能效果影响较小。通过有限元仿真模拟出Al-RFRP复合管的轴向压缩过程,其结果与实验吻合较好,进一步结合实验与仿真结果,通过复杂比例评价法优选出45°方向卷绕14层的Al-RFRP复合管吸能效果最好。该复合材料混合薄壁管因其轻质与高吸能性,以期应用于汽车、飞机等机械系统的承力部件中。

自漂浮静电纺纳米纤维膜的制备与海水淡化性能研究

利用低密度的聚苯乙烯(PS)和高稳定性的聚丙烯腈(PAN)负载单壁碳纳米管采用静电纺丝的方法,制备了具有自漂浮性能的纳米纤维膜,并用于海水性能评价。经过傅里叶红外变换光谱、扫描电镜、热稳定性能以及模拟海水蒸发性能测试,结果表明,随着碳纳米管含量的增加,纳米纤维膜的海水淡化效率先增大后降低。其中光热蒸发实验表明,在经过约150 h的蒸发后,含质量分数为0.75%的模拟海水淡化膜蒸发量为537.9 g,平均蒸发效率可达1003.1 g·m^(-2)·h^(-1),远高于纯聚苯乙烯膜。

编织角及防污涂层对芳纶编织绳拉伸性能的影响研究

探究了编织参数及防污涂层对芳纶编织绳拉伸性能的影响。首先,以Kevlar 129为原材料,在16锭编织机上制备3种编织角(15°、25°、35°)的芳纶编织绳,并通过拉伸对3种编织绳的力学性能进行测试,以探究编织角对其拉伸断裂强力和拉伸断裂伸长率的影响;随后通过涂层工艺对芳纶编织绳的表面进行处理,并探究了涂层处理前后芳纶编织绳的拉伸性能及其断裂破坏模式。结果表明:随编织角的减小,编织绳的拉伸断裂强力逐渐增大,而拉伸断裂伸长率逐渐下降;涂层处理后编织绳拉伸断裂伸长率降低,初始模量增大,拉伸断裂强力略微提升。