纳米二氧化硅复合材料的研究进展

介绍了纳米SiO2的分散方法和原理,讨论了使用纳米SiO2改性聚合物的方法及近年来的研究进展。

木材/二氧化硅复合材料的微细构造

为弄清木材/二氧化硅复合材料的微细构造,通过固体膨胀率与增重率的关系、吸湿处理中尺寸变化、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜分析(SEM)及能量色散X射线分析(EDAX)等方法,研究了该复合材料的微观构造特性.结果表明:①木材/二氧化硅复合材料的增重率与含水率成正相关.固体膨胀率随着增重率的增加而增加,弦向固体膨胀率大于径向.尺寸变化率随着增重率的增加而减小.②SEM分析表明,二氧化硅凝胶存在于木材细胞空隙中.EDAX分析表明,气干材、水调湿材制备的木材/二氧化硅复合材料,二氧化硅存在于木材细胞壁中,硅的质量百分含量分别为4.11%、9.22%;饱水材制备的木材/二氧化硅复合材料,二氧化硅存在于细胞壁及细胞腔中,硅的质量百分含量为17.07%.③XRD分析表明,二氧化硅存在于木材细胞壁中,生成的二氧化硅凝胶越多,结晶度越小.

湿法混合制备天然橡胶/二氧化硅复合材料的结构与性能

以天然胶乳、沉淀二氧化硅及硅溶胶为原料,分别采用胶乳-沉淀二氧化硅共沉法和胶乳-硅溶胶共沉法2种湿法混合工艺,制备了两类天然橡胶/二氧化硅湿法混合复合材料[P(NR/SiO2)和C(NR/SiO2)],并与采用传统干法混炼制备的天然橡胶/沉淀法二氧化硅复合材料(NR/SiO2)进行比较,研究了制备工艺、填料用量、硅烷偶联剂等参数对P(NR/SiO2)、C(NR/SiO2)和NR/SiO2的填料分散和物理机械性能的影响。结果表明,相比于胶乳-沉淀二氧化硅共沉法,采用胶乳-硅溶胶共沉法制备的C(NR/SiO2)具有更好的填料分散和综合物理性能,是制备高性能天然橡胶/二氧化硅纳米复合材料的合适方法。

聚碳酸酯/纳米二氧化硅复合材料隔声性能研究

隔声材料是治理噪声环境污染的重要途径之一,采用双螺杆挤出法制备聚碳酸酯/纳米二氧化硅复合材料。测试了复合材料的储能模量、损耗因子和隔声性能。结果表明:随着纳米填料二氧化硅添加量的增加,复合材料的储能模量提高,损耗因子峰值逐渐降低,复合材料的玻璃化转变温度及阻尼温域均向高温方向移动,阻尼温域变宽;5 mm聚碳酸酯基体材料的计权隔声量为24.4 dB,加入纳米二氧化硅填料后复合材料隔声性能有明显改善,在纳米二氧化硅添加量为3 phr时,复合材料隔声性能达到最大,计权隔声量达到为27.5 dB;填料粒径对于复合材料隔声性能影响不大,随着纳米填料粒径增加,复合材料隔声性能有轻微降低。

二氧化硅/木材复合材料的微观结构与物理性能

为了明确二氧化硅/木材复合材料的微观结构与物理性能,通过EDAX及XRD的测定分析了溶胶-凝胶法制备的二氧化硅/木材复合材料的微观结构,通过应力松弛、介电性质、热重、表面显微硬度的测定分析了该材料的物理性能。结果表明:生成的二氧化硅与增重率呈正相关,在纤维饱和点以下,生成的二氧化硅存在于细胞壁中。XRD衍射峰位置没有改变,增重率增大,峰强减弱,结晶度减小。应力松弛量变小,材料内部的结合力增强,分子间产生了交联结合。介电常数值增大,介电损耗随着频率的增加呈先增加后减小的趋势,室温下,出现最大峰值的频率均在logf=6.5 Hz附近。热失重过程中,快速失重的起始温度提高,残余质量增加,表面显微硬度提高。

二氧化硅对碳黑/环氧树脂复合材料渗透特性的影响

通过溶剂化过程制备碳黑-二氧化硅-环氧树脂聚合物基复合材料,并研究复合材料的导电渗透特性。当碳黑的体积分数低于15.5%时,复合材料的导电性可以用经典的渗透理论来描述,并发现渗透阈值约为14.7%,这与理论预测值相接近。当碳黑的体积分数高于15.5%时,材料的电导率与理论预测值偏离较大。这可能是因为:此时材料中的二氧化硅的用量较少,其对碳黑颗粒的空间体积排除效应较差;由于氢键和范德华力作用,纳米级的碳黑颗粒容易形成聚集态,这与渗透理论中导电颗粒必须是单个分布的这一前提假设相违背。扫描电镜分析及模拟计算结果支持该结论。

二氧化硅/木材复合材料的动态黏弹性

为弄清二氧化硅/木材复合材料的动态黏弹性,通过动态热机械分析仪研究不同增重率的二氧化硅/木材复合材料松弛过程的转变温度及力学损耗角正切的变化。结果表明:二氧化硅/木材复合材料的松弛过程数量减少,直接溶胶-凝胶法制备的二氧化硅/木材复合材料,α松弛过程的转变温度随着增重率的增加而向高温方向移动,增重率为0,5.10%和28.00%的α松弛过程的转变温度分别为75.2,76.8和93.6℃;α松弛峰的峰值减小,增重率为0,5.10%,12.63%和28.00%的α松弛过程的损耗角正切值分别为0.043,0.041,0.033和0.03。加硅烷偶联剂法制备的二氧化硅/木材复合材料,随着增重率的增加,α松弛过程的起始温度向低温方向移动,增重率为6.61%,8.08%和10.58%的α松弛过程的起始温度分别为44.9,41.0和32.2℃。

二氧化硅/木材复合材料的应力松弛

为弄清二氧化硅/木材复合材料中二氧化硅与木材的结合方式及粘弹性等性质,通过应力松弛方法研究该复合材料的应力松弛特性。结果表明:二氧化硅/木材复合材料的应力松弛量比未处理材小,并且随着增重率的增加,应力松弛量减小。加硅烷偶联剂法制备的二氧化硅/木材复合材料的应力松弛量比直接溶胶-凝胶法制备的小,表明加硅烷偶联剂法制备的二氧化硅/木材复合材料,二氧化硅无机体与木材有更多的结合,内部结合力更大。二氧化硅/木材复合材料的应力松弛过程中的表观活化能(ΔE)比未处理材大,并且随着增重率的增加,表观活化能增加。未处理材ΔE为19.50kJ/mol,直接溶胶-凝胶法制备的增重率为12.63%、28.00%、90.29%的二氧化硅/木材复合材料的ΔE分别为22.95、25.31、29.06kJ/mol;而加硅烷偶联剂法制备的增重率为8.08%、20.69%、89.27%的二氧化硅/木材复合材料的ΔE分别为23.21、26.01、29.82kJ/mol。表明二氧化硅/木材复合材料在应力松弛过程中需要克服的能量增加。随着增重率增加,热力学量活化焓增大。

二氧化硅/木材复合材料的晶胞与Matrix区域的变化

为了弄清楚由于二氧化硅介入木材细胞壁引起结晶区与Matrix区域的变化,通过二氧化硅/木材复合材料细胞壁膨胀率、XRD测定及分析其结晶度、结晶区长度、宽度,研究结晶区与Matrix区域的形态变化及二氧化硅凝胶粒子介入木材细胞壁的空间位置.结果表明:溶胶-凝胶法制备的二氧化硅/木材复合材料,细胞壁的膨胀率随着增重率的增加而增大,且有两个不同的增大过程,相同增重率条件下,加硅烷偶联剂法制备的细胞壁膨胀率比直接溶胶-凝胶法制备的大.XRD谱分析表明,结晶度随着增重率的增加而减小,有两个不同的减小过程,衍射峰的位置不变,晶胞不变;Scherrer公式计算表明结晶区的宽度及长度均不变.

二氧化硅增强石英纤维复合材料高温电性能温度特性

运用静电学理论,建立计算二氧化硅增强石英纤维复合材料介电参数的经验模型,实现材料高温介电性能的温度特性模拟,并对材料介电性能的变化规律作出预测.模拟结果与实际结果基本相符,为材料改性提供依据.

立体织物在二氧化硅基复合材料方面的应用前景

为深入研究二氧化硅基复合材料在天线罩材料方面的应用,从不同增韧方式的成型工艺方法、增韧特点出发,综合评价了用于天线罩的颗粒增韧、晶须增韧和连续纤维增韧二氧化硅基复合材料的研究现状,提出适合于增韧二氧化硅基复合材料的立体织物纤维束结构,其中典型的纤维束交织结构包括2.5维机织、正交三向、三维编织及其衍生结构。结合未来导弹天线罩材料的发展趋势,指出了立体织物在二氧化硅基复合材料方面的广泛应用前景和研究重点。

稻壳基二氧化硅/碳复合材料的表面改性及对天然橡胶的影响

以稻壳基二氧化硅/碳复合材料(SiCB)作为天然橡胶(NR)的补强填料,采用表面化学改性的方法将天然乳胶(NRL)接枝到SiCB表面,改善其与NR基体的相容性.研究了不同处理方法对接枝NRL效率的影响,以及填料填入NR后对硫化橡胶力学性能的影响.结果表明,经过硝酸和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(γ-MPTMS)预处理,NRL能高效接枝在SiCB表面,得到的样品SiCBMR10比未处理的SiCBP有更强的补强能力.硫化胶NR/SiCBMR10的拉伸强度、300%定伸和撕裂强度较NR/SiCBP分别提高了61.06%,27.15%和15.90%,与传统炭黑产品N774填充的硫化胶NR/N774的力学性能相近.经过NRL接枝改性的SiCBMR10具有替代商业炭黑的应用前景.

大倍率二氧化硅/碳复合材料的制备及电化学性能表征

为了满足新能源储能及电动汽车对锂离子电池持续快速充电、慢速放电性能的要求,以正硅酸乙酯为二氧化硅前驱体,在两亲性炭材料(ACM)与聚乙二醇400(PEG400)形成的氢键限域体系中制备了大倍率二氧化硅/碳复合锂电负极材料(SiO_2-130/C)。材料表征结果表明,二氧化硅的粒径由500nm(未限域)降低到130nm(限域),同时,富碳的ACM在二氧化硅纳米颗粒表面构建了导电性良好的碳框架。在0.1A·g^(-1)和1A·g^(-1)的电流密度下,SiO_2-130/C的可逆比容量分别为527mAh·g^(-1)和347mAh·g^(-1),且在1A·g^(-1)的电流密度下连续400个充放电循环后,仍具有483 mAh·g^(-1)的可逆比容量,表现出优异的倍率性能及稳定的电化学性能。

自由基法制备交联聚氨酯-丙烯酸酯/二氧化硅纳米复合材料

聚合物纳米复合材料是一种具有较好力学性能和热学性能的先进材料.与普通复合材料相比,纳米复合材料在聚合物基体与纳米填料之间存在强烈的相互作用而受到广泛关注.聚氨酯(PU)是一种可广泛应用的高分子材料,可应用于复合材料、涂料、软质和硬质泡沫、粘合剂和密封剂等方面.聚氨酯G丙烯酸酯(PUA)是一种以丙烯酸羟乙酯(HEA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为单体,丙烯酸官能团封端的聚氨酯.

纳米二氧化硅在高光塑胶涂料中的应用

介绍了一种基于改性溶胶-凝胶工艺的纳米二氧化硅创新技术。NANOPOL?C 784是一种用于2K PU涂料的50%(质量比)纯溶剂型纳米二氧化硅溶液。本技术的优点在于产品容易操作,可应用于各种场合,也可开发出耐机械性能极好的高光泽2K PU涂料。试验从理论到实践,给予了充分的说明。

介孔二氧化硅基导电聚合物复合材料热导率的实验研究

本文首先制备并表征了介孔二氧化硅SBA-15、填充导电聚合物的复合材料PANI/SBA-15和复合材料PPy/SBA-15,并建立双流计实验台开展了材料压片情况下的热导率研究.在测量得到复合材料热导率的基础上,引入当量孔径,结合测量孔径对PANI/SBA-15和PPy/SBA-15复合材料热导率随填充量的变化进行了定性分析.分析表明:PANI/SBA-15和PPy/SBA-15复合材料的热导率比基材SBA-15的热导率大得多;在相同的测量孔径和当量孔径情况下,PANI/SBA-15复合材料的热导率比PPy/SBA-15复合材料的热导率大;导电聚合物填充到复合材料孔道内和孔道外都有助于热导率的提高,填充到孔道内比填充到孔道外对热导率提高的贡献更大.

铕(Ⅲ)与苯甲酰丙酮、邻菲咯啉和丙烯酸四元配合物及其SiO_2复合材料的制备和光致发光性能

用氯化铕与苯甲酰丙酮（ＢＡ）、邻菲咯啉（Ｐｈｅｎ）和丙烯酸（ＡＡ）在乙醇溶液中反应，合成了铕（Ⅲ）的 相应四元配合物Ｅｕ（ＢＡ）２（ＡＡ）Ｐｈｅｎ．用ＥＤＴＡ容量法测定了Ｅｕ３＋的浓度，元素分析测定了Ｃ、Ｈ、Ｎ的质量 浓度，结合红外光谱确定了四元配合物的组成．用溶胶－凝胶法合成了四元配合物的ＳｉＯ２基质复合材料， ＳｉＯ２：Ｅｕ（ＢＡ）２（ＡＡ）Ｐｈｅｎ．研究了该四元配合物和其 ＳｉＯ２复合物的红外吸收光谱、紫外可见吸收光谱及光致发 光性能，重点分析了四元配合物的光致发光机理．结果表明，该配合物中的配体吸收激发光的能量后，能 有效地传递给中心Ｅｕ３＋，发出强的Ｅｕ３＋的特征荧光．并考查了ＳｉＯ２：Ｅｕ（ＢＡ）２（ＡＡ）Ｐｈｅｎ复合材料的荧光寿命 及其热稳定性。

溶胶-凝胶法制备碳纳米管/SiO_2复合材料过程的TG-DSC-MS研究

利用热重 -差示扫描量热 -质谱 ( TG-DSC-MS)联用技术对溶胶 -凝胶 ( Sol-Gel)法热压烧结制备碳纳米管 ( CNT) /Si O2 复合材料过程中的热分解行为特性进行了表征研究。采用多离子检测模式预定测量热分解生成的 C+ ( m/z1 2 )、OH+ ( m/z1 7)、H2 O+ ( m/z1 8)、CO2 + ( m/z2 8)等 9种正离子。实验发现 :用溶胶 -凝胶法制备 CNT/Si O2 复合材料过程中 ,在 5 0 0℃以下生成 Si O2 ,CNT在 5 0 0～ 73 0℃左右氧化燃烧。在 5 0 0℃条件下煅烧 1 h,凝胶 Si O2 完全转变成玻璃粉。选择在 5 0 0℃条件下煅烧 CNT/Si O2 复合粉体 1 h可作为CNT/Si O2