复合涂层(PDA／ANF)对聚丙烯薄膜性能的影响

通过复合涂层聚多巴胺(PDA)/芳纶纳米纤维(ANF)处理聚丙烯(PP)薄膜,研究其对PP薄膜的亲水性、耐热性和力学性能的影响。实验利用扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、动态吸收接触角测试仪、热重分析仪(TG)、拉力试验机对复合涂层处理前后薄膜的表面形貌、化学组分、亲水性、耐热性和力学性能进行表征。结果表明,复合涂层处理的薄膜的水接触角由原始的102.5°降为61.9°,同时薄膜的力学性能和耐热性能也得到了显著提升。

KH-550改性纳米二氧化钛对芳纶纳米薄膜抗紫外及力学性能的影响

通过二甲基亚砜/氢氧化钾(DMSO/KOH)体系溶解宏观对位芳纶纤维(AF)制备芳纶纳米纤维(ANF),研究KH-550改性后的纳米TiO_2对芳纶纳米薄膜抗紫外及力学性能的影响。利用扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪、拉力试验机、耐黄变试验机等仪器对ANF薄膜及添加改性纳米TiO_2的复合薄膜的表面形貌、化学组分、耐热性能、力学性能和抗紫外性能等进行表征。结果表明,当纳米粒子的质量分数为4%时,复合薄膜的力学性能达到最高,其拉伸强度为139.83 MPa,相比ANF薄膜提高了24.23%;此外,经紫外光照射后,复合薄膜(4%)的拉伸强度为149.92 MPa,相比照射前提高了7.22%。研究表明,添加改性纳米TiO_2后,该复合薄膜的抗紫外及力学性能都得到了较大改善。

AF-PDA@h-BN二元纸基复合材料导热绝缘性能的研究

以芳纶沉析纤维(AF)为基体,盐酸多巴胺(DA)改性的六方氮化硼(h-BN)为导热填料,采用真空辅助抽滤的方式制备了AF-PDA@h-BN二元纸基复合材料。通过X射线能谱仪(EDS)、激光显微拉曼成像光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)分析了PDA@h-BN的结构。通过扫描电子显微镜(SEM)观察了PDA@h-BN在纸基复合材料内部的分布;通过体积电阻率测试仪和导热系数测试仪分别对纸基复合材料的绝缘性能和导热性能进行了分析表征。结果表明,h-BN被DA成功改性;当PDA@h-BN的用量为15%时,原纸的导热系数从0.12 W/(m·K)上升至0.33 W/(m·K),增加幅度为175%;同时,二元纸基复合材料的体积电阻率随着PDA@h-BN用量的增加而逐渐增加,由原纸的4.63×10^(13)Ω·m上升至5.60×10^(14)Ω·m,表明制备的二元纸基复合材料具有优异的导热绝缘性能。

仿贝壳层状MTM/PVA/ANF复合薄膜的制备及其性能研究

通过水蒸发诱导自组装(A)和真空辅助抽滤(F)及其与离心处理(C)组合4种不同方法制备仿贝壳层状结构的蒙脱土/聚乙烯醇/芳纶纳米纤维(MTM/PVA/ANF)复合薄膜,并采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、热重分析仪(TGA)、紫外分光光度计、动态接触角测试仪和拉伸测试仪对复合薄膜的微观结构、热稳定性、透光率、亲水性和力学性能进行表征。结果表明,不同方法(A、CA、F和CF)制得的复合薄膜都呈明显的层状结构,但复合薄膜的透光率、亲水性和力学性能不同。通过F法制备的复合薄膜具有更高的透光率和更好的疏水性;通过CF法制备的复合薄膜具有最优的力学性能,拉伸强度可达132.4 MPa,而通过A法制备的复合薄膜韧性最佳,断裂伸长率可达11.3%。

TEMPO 氧化纳米纤维素增强芳纶云母纸基复合材料及其性能研究

以芳纶沉析纤维与云母为主要原料,拟通过TEMPO氧化纳米纤维素(TOCNs)的引入来改善原料间的界面结合作用,选用真空辅助抽滤法制备TOCNs-芳纶云母纸基复合材料,并探讨了TOCNs添加量对芳纶云母纸基复合材料结构、拉伸强度以及击穿强度的影响.研究表明,TOCNs可通过氢键作用强化芳纶纤维与云母间的界面结合作用,显著减少了材料中的结构缺陷,进而提高纸基复合材料的力学及绝缘性能.当TOCNs添加量为20wt.%时,纸基复合材料的抗张强度和平均击穿强度均达到最大,相对于原材料分别增长了82%、79%.

芳纶纤维表面改性及其对芳纶纸基材料机械性能的影响

针对芳纶短切纤维存在的表面光滑、呈化学惰性等缺陷,采用磷酸氧化、等离子体处理、多巴胺仿生修饰方法对纤维表面进行改性处理,对改性前后纤维的表观形貌和化学结构进行表征,并通过湿法成型制备相应的芳纶纸基材料.结果表明,改性后的纤维表面出现了高低不平的凹槽和刻蚀,纤维表面粗糙度增加,暴露出羟基和羧基等活性基团;磷酸处理和等离子体处理后制备的芳纶纸强度性能有所下降,多巴胺改性后制备的芳纶纸的强度性能有所提高,说明多巴胺改性赋予纤维一定的表面活性,使得纤维交织紧密,纤维间的结合强度提高,成纸性能变得优异.

复合涂层改善对位芳纶纸亲水性能的研究

利用一种多巴胺(DA)/正硅酸乙酯(TEOS)复合涂层,通过沉积的方法改善对位芳纶纸的表面惰性,提高其亲水性能.采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)观察其表观形貌,发现处理后的纸页表面变得更加粗糙,且表面有细小颗粒的生成,之后利用能谱仪(EDS)、热重分析仪(TGA)对纸页的元素分布及热稳定性进行表征和分析,进一步证明复合涂层的成功涂覆.最后经过动态吸收接触角测量发现,其接触角由未处理时的96.80°变为39.98°,亲水性能显著提高.

纳米芳纶包覆碳纤维及其纸基材料力学性能研究

碳纤维及其复合材料因其出色的机械性能被作为结构材料广泛使用,然而,碳纤维的表面化学惰性限制了其进一步应用.基于多巴胺预处理碳纤维表面,进而实现芳纶纳米纤维对碳纤维的表面改性,并研究了改性纤维对复合纸基材料性能的影响.研究发现,碳纤维表面多巴胺预处理有助于碳纤维表面阳离子化,进而通过静电吸附作用辅助芳纶纳米纤维的包覆.利用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、接触角测试仪、拉力试验机对处理后的碳纤维纸基材料的表面形貌、化学组分、亲水性和力学性能进行表征分析.结果表明,0.2%纳米芳纶纤维对碳纤维的包覆效果最好,经过纳米芳纶纤维改性的碳纤维使得碳纤维纸基材料具备良好的疏水性能(CA=112.4°)和力学性能(6.74 MPa).

一种超稳定、柔性和可拓展的纳米流体离子管理复合薄膜

具有高且稳定离子输运特性的二维层状薄膜在纳米流体器件中具有广泛的应用,但是它们的构建仍然是一个相当大的挑战.本文设计并开发了一种超稳定的芳纶纳米纤维/石墨复合薄膜,其内部包含大量的一维和二维纳米受限空间,可以实现超快的离子传输.这种薄膜不仅具有良好的柔性和可拓展性,同时还表现出优异的力学性能,即使在水中浸泡90天仍具有高的拉伸强度(~115.3 MPa).并且该薄膜在低的盐浓度下具有表面电荷控制的离子输运特性,在10^(-4)mol/LKCl浓度下,其离子电导率相对于原始KCl溶液提高了16倍.最重要的是,即使在酸、碱、乙醇等极端环境中浸泡30天以上,薄膜的结构和离子电导率仍保持稳定.分子动力学模拟进一步揭示了薄膜的超稳定性是源于纳米纤维内部强大的链间作用以及纳米纤维与石墨纳米片之间强大的界面相互作用.这种柔性、可扩展、超稳定的芳纶纳米纤维/石墨复合薄膜可能为先进的纳米流体器件在不同极端工作环境下的应用提供一种有效的策略.

基于真空辅助层层自组装的透明柔性纳米芳纶薄膜的制备

通过二甲基亚砜(DMSO)-KOH体系溶解宏观芳纶纤维(AF)成功制备了直径为40~50nm、长度为2~5μm的纳米芳纶纤维(NAF),并利用SEM、TEM、FTIR、Raman和XRD对NAF和AF的微观形貌、化学结构、结晶结构进行了分析。结果表明,NAF与AF具有相似的化学结构,同时NAF保留了AF大部分的结晶结构,只是纤维尺寸有一定的差异。通过真空辅助层层自组装法制备了具有层状致密结构的NAF复合薄膜,该薄膜展现出很好的透明、柔性、耐温性和力学性能,具有一定的亲液性能(接触角为81.5°)及优异的抗液体渗透和抗液体吸收性能。