固相剪切碾磨制备尼龙12/多壁碳纳米管复合粉体及选择性激光烧结3D打印

采用固相剪切碾磨(S^3M)技术并结合冷冻粉碎制备了适于选择性激光烧结(SLS)的尼龙12(PA12)/多壁碳纳米管(CNTs)复合粉体及相应的烧结制品。采用激光粒度分析仪、扫描电镜、透射电镜、动态力学分析、傅里叶变换红外光谱分析、差示扫描量热仪等对所得PA12/CNTs复合粉体和相应SLS制品的结构与性能进行了表征。结果表明,固相剪切碾磨-冷冻粉碎制备的复合粉体颗粒以椭球形为主,平均粒径75μm,SLS加工窗口为10℃左右,满足SLS对被烧结材料的性能要求,通过加入质量分数为0.1%的流动助剂纳米SiO_2能进一步改善复合粉体的SLS加工性能。磨盘碾磨通过其强大的三维剪切力场实现了CNTs的切割及在PA12基体中的良好分散以及CNTs与PA12大分子链的接枝,显著改善了二者之间的界面相容性。此外,通过优化SLS加工参数,成功制备了表面平整、结构复杂、性能良好的PA12/CNTs烧结制品。所得PA12/CNTs烧结样品具有优良的力学性能,拉伸强度达到44.2 MPa,缺口冲击强度达到8.12 k J/m^2。

固相剪切碾磨制备铝粉填充聚乙烯基高性能导热复合材料的研究

采用固相剪切碾磨法(S3M)制备铝粉和线性低密度聚乙烯(LLDPE)的复合粉体,再经熔融加工获得高性能LLDPE/Al导热复合材料。借助扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪等表征铝粉在基体中的微观形态和分散状态,同时研究LLDPE/Al复合材料的热导率、力学性能和热稳定性。结果表明:固相剪切碾磨过程中铝粉受磨盘挤压、拉伸、摩擦剪切等复合力场作用,由较小球形颗粒变为较大片状,同时在基体中均匀分散且界面结合得以增强,因此复合材料拥有更高的热导率、更好的力学性能和热稳定性。当铝粉填充质量分数为80%时,经固相剪切碾磨10次制备的复合材料热导率高达8.782W·m^(-1)·K^(-1),拉伸强度和弯曲强度分别为33.00MPa和31.16MPa,初始分解温度比基体提高约13℃。

固相剪切碾磨制备无卤协效阻燃聚丙烯材料

采用固相剪切碾磨技术制备了由石墨烯(GE)和低聚倍半硅氧烷(POSS)组成的复合协效剂协效膨胀阻燃聚丙烯(PP)复合材料。采用极限氧指数(LOI)、UL94垂直燃烧、微型量热(MCC)、扫描电镜(SEM)、力学测试等方法,研究了阻燃PP复合材料的结构与性能。结果表明,GE明显提高了阻燃PP材料的阻燃性能。与PP/RMAPP/POSS(80/19/1)相比,PP/RMAPP/POSS/GE(80/18.8/1/0.2)的最大热释放速率(PHRR)降低了33%,垂直燃烧水平提高至UL-94 V0级。此外,当GE添加量为0.2%时,与未碾磨PP阻燃材料相比,碾磨制备的PP阻燃材料的极限氧指数由27.0%提高至29.5%,拉伸强度由29.2MPa提高至33.5MPa,因此,磨盘碾磨强大的三维剪切力场作用,可以改善阻燃剂在PP基体中的分散性和界面相容性,提高PP阻燃材料的阻燃性能和力学性能。

固相剪切碾磨制备PA6/蒙脱土纳米复合材料

采用固相剪切碾磨方法制备尼龙6/蒙脱土(PA6/MMT)纳米复合材料。表征了复合材料的结构,研究了其力学性能、热稳定性能及结晶性能。结果表明,PA6/MMT纳米复合材料的力学性能较PA6有较大提高,含4%MMT的PA6/MMT纳米复合材料的拉伸弹性模量从2697 MPa提高到3299 MPa,拉伸强度从63.6 MPa提高到77.8MPa;起始分解温度和最大失重温度均高于纯PA6;PA6/MMT纳米复合材料中PA6的结晶温度和结晶速率提高。

固相剪切碾磨制备聚丙烯/层状双金属氢氧化物纳米复合材料的力学性能及热稳定性

采用湿法固相剪切碾磨法(S3M)制备了部分剥离型聚丙烯(PP)/层状双金属氢氧化物(LDHs)纳米复合材料,研究了PP/LDHs纳米复合材料的力学性能和热稳定性。结果表明,相对于聚丙烯,固相剪切碾磨制备的PP/LDHs纳米复合材料可在拉伸强度保持不变的情况下,明显提高其断裂伸长率和冲击强度。如当LDHs质量分数为3%时,相应纳米复合材料的断裂伸长率和冲击强度分别提高了28.6%和29.8%,明显优于传统熔融共混制备的复合材料。此外,纳米LDHs的加入可显著改善材料的热稳定性。

固相剪切碾磨制备高填充聚丙烯木塑复合材料的形貌结构与力学性能

利用磨盘形力化学反应器优异的粉碎、分散、混合和力化学反应的多重功能以及增容剂PP-g-MAH的良好增容作用制备了综合性能优良的聚丙烯(PP)/木粉(WF,80%,质量分数)高填充木塑复合材料,研究了磨盘碾磨、增容剂以及复合方式对PP/WF木塑复合体系的粒径分布、力学性能和形貌结构等的影响。结果表明,不同碾磨次数的PP/WF复合粉体的粒径呈双峰分布,适当增加碾磨次数有利于PP粒径的降低及木粉的均匀分散。随碾磨次数的增加,PP/WF复合材料的拉伸和弯曲性能先增加后下降,但缺口冲击强度一直呈小幅下降趋势。PP-g-MAH的引入及其含量增加均有利于PP/WF复合材料力学性能的大幅改善,其中弯曲模量在增容剂含量为5%(质量分数)时最佳。此外,磨盘碾磨制备的PP/WF复合材料的力学性能优于常规密炼复合法。上述力学性能变化归因于磨盘碾磨改善了PP/WF高填充复合体系中木粉的分散性以及加入的PP-g-MAH显著改善了体系的相容性,其中PP-g-MAH的增容机理为磨盘碾磨剪切力场作用下PP-g-MAH与木粉表面羟基发生了力化学酯化接枝反应。

固相剪切碾磨法制备共聚聚丙烯/纳米二氧化硅复合材料的界面性能

利用固相剪切碾磨方法在常温制备共聚聚丙烯(co-PP)/纳米二氧化硅(SiO2)复合材料,利用SEM、DSC、TGA及力学性能测试等方法研究了未经表面处理的纳米二氧化硅与共聚聚丙烯的界面相互作用。48h十氢萘抽提实验结果表明:采用固相剪切碾磨方法制备的复合材料中co-PP与SiO2之间存在强烈的相互作用,其力学性能比co-PP及用传统直接共混法制备的复合材料高,在SiO2质量含量为5%时其拉伸强度提高11%,缺口冲击强度提高21%。

固相剪切碾磨制备聚甲醛/聚氧化乙烯/二硫化钼复合材料的形貌与力学性能和摩擦磨损性能

采用固相剪切碾磨(S^3M)技术制备了聚甲醛/聚氧化乙烯/二硫化钼(POM/PEO/MoS2)复合粉体和材料,且进一步采用扫描电子显微镜、万能材料试验机、热失重分析仪、摩擦磨损测试仪测试和研究其形貌、粒径分布、力学性能、热稳定性和摩擦磨损性能。实验结果表明,在磨盘碾磨强大的三维剪切力场作用下,增韧改性剂PEO和MoS2填料粒子在POM基体树脂中分散均匀,所得复合粉体粒子尺寸达到微米级。PEO改性剂的引入和磨盘碾磨的共同作用可有效提高POM的冲击性能,同时PEO通过对MoS2粒子的包覆有效解决了POM热稳定性低和难以加工的问题。此外,磨盘碾磨作用下,PEO与MoS2的结合还明显降低了POM的摩擦系数和损耗量,赋予所得POM/PEO/MoS2三元复合材料优异的自润滑和摩擦磨损性能。

固相剪切碾磨方法制备聚丙烯/钛酸钡高介电常数复合材料

采用固相剪切碾磨方法(S3M)制备高介电常数聚丙烯/钛酸钡复合材料。当钛酸钡体积分数φBaTiO3=0.50时,体系的介电常数由纯聚丙烯的2.3增加到108.7(1 kHz)。复合材料断面的SEM照片显示,粒径约100 nm的钛酸钡粒子均匀分散在聚丙烯基体中。复合粉体的SEM、TGA和FT-IR分析表明固相剪切碾磨产生的强大剪切、挤压、摩擦等作用在聚合物相引起多种复杂的物理及化学变化,聚合物粒径变小,粒子比表面积增大,表面能大幅增加,与具有较高表面活性的钛酸钡粒子形成较强的界面相互作用。

固相剪切碾磨制备HDPE/WTR共混体系的结构与性能

采用磨盘碾磨废旧轮胎橡胶(WTR)/乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)复合粉体与高密度聚乙烯(HDPE)熔融共混制备HDPE/WTR共混物,研究磨盘碾磨对HDPE/WTR共混物的形貌结构、结晶行为、流变行为及力学性能的影响。结果表明:WTR与EVA经磨盘碾磨后所得的复合粉体与HDPE熔融共混过程中形成EVA包覆WTR结构,同时WTR颗粒在基体树脂中的分散性及橡塑两相界面的相容性得到改善。此外,磨盘碾磨还能提高HDPE/WTR共混物的结晶温度及结晶度,改善共混物熔体的加工流动性,同时会降低共混物的弹性与黏性。磨盘碾磨与引入的EVA之间存在显著的协效作用,二者协同使用可大幅改善HDPE/WTR共混物的力学性能,如采用碾磨32次复合粉体制备的共混物拉伸强度、断裂伸长率、缺口冲击强度相较未碾磨样品分别提高31.2%、1500%和51.8%。

固相剪切碾磨对聚偏氟乙烯结构和介电性能的影响

利用固相剪切碾磨技术(S^3M)制备了高β晶含量的聚偏氟乙烯(PVDF)微米级粉体,研究了PVDF粉体的结构形态、粒径及粒径分布,碾磨遍数对粉体结晶结构和介电性能的影响。结果表明,固相力化学反应器强大的挤压和剪切作用可使PVDF中α晶转变为晶,从而有效提高PVDF粉体中β晶相对含量;随碾磨遍数增加,PVDF粉体β晶含量逐渐提高,未碾磨PVDF中的β晶相对含量为37%,碾磨15遍后β晶相对含量达90%以上;同时,介电常数则由1.20增加至10.77,提高约1个数量级。固相剪切碾磨技术为高介电性能材料的制备提供了新途径。

固相剪切碾磨加工回收利用废弃人工草坪

人工草坪综合性能较好,被大量应用于现代体育场中,但是废弃量急剧增加。废弃人工草坪由于组分的相容性较差,编织结构复杂,不易进行分离、分类及回收利用,造成了严重的环境污染和资源浪费,是亟待解决的关键问题。采用固相剪切碾磨加工技术回收利用废弃人工草坪(WAT),能将其在室温下进行超细粉碎和均匀分散,由粉体粒径及粒径分布控制相畴尺寸,利用熔融加工制备了高性能复合材料。采用激光粒度测试、扫描电子显微镜、高压毛细管流变仪及万能拉力机等测试方法研究了固相剪切碾磨加工技术对WAT粉碎效率、粉体形貌、加工流变性能、WAT复合材料相畴及力学性能的影响。结果表明,固相剪切碾磨加工技术制备的WAT超细粉体加工性能明显提高,表观黏度下降,平衡扭矩下降至4.8 N·m。WAT复合材料的相畴尺寸最小值为7.2μm,力学性能明显提高,拉伸强度可以达到16.3 MPa,拉伸模量可以达到312.7 MPa,断裂生长率提升至18%,为高质高效地回收利用WAT提供了新途径。

固相剪切磨盘碾磨法制备四氧化三铁/氮掺杂石墨烯复合材料及其在锂离子电池中的应用

固相剪切磨盘碾磨法是一种基于全固相反应、不同于传统球磨方法制备微纳米基功能复合材料的新方法。本文以石墨和纳米四氧化三铁为原料,三聚氰胺为氮掺杂剂,采用固相剪切磨盘碾磨法,成功制备了四氧化三铁/氮掺杂石墨烯复合材料(Fe_3O_4/N-G)。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积(BET)测试和电化学测试对样品结构、形貌和电化学性能进行表征。测试结果显示:该方法能够在将石墨剥离成少数层石墨烯的同时,实现石墨烯的氮掺杂以及与Fe_3O_4的均匀复合,最终制得Fe_3O_4/N-G复合材料;将该复合材料作为锂离子电池负极材料,表现出优异的循环稳定性,在100mA·g-1的电流密度下经过100次循环后,Fe_3O_4/N-G可逆比容量保持在869 mAh·g-1,远高于纯Fe_3O_4的78mAh·g-1。该方法为制备石墨烯基复合电极材料提供了绿色环保、简便易行的新方法。

固相剪切碾磨制备聚丙烯/废旧橡胶/聚烯烃弹性体复合材料

利用固相剪切碾磨技术在常温下制备了聚丙烯(PP)/废旧轮胎橡胶(GTR)/聚烯烃弹性体(POE)复合材料。采用力学性能测试、差热分析(DSC)和扫描电镜(SEM)对固相剪切碾磨制备的GTR/POE复合粉体和相应PP/GTR/POE复合材料进行表征和分析,研究了碾磨次数和GTR/POE含量对PP/GTR/POE复合材料结构与性能的影响。结果表明,对固相剪切碾磨方法制备的PP/GTR/POE复合材料,GTR和POE被有效粉碎和均匀分散,其冲击强度和断裂伸长率比常规熔融共混方法制备的复合材料高;增加GTR/POE共碾磨复合粉体的含量或增加碾磨次数均可提高冲击强度和断裂伸长率。

固相剪切碾磨聚丙烯微粉对炭黑/NR复合材料结构与性能的影响

分别采用固相剪切碾磨和高速粉碎方法制备微米级聚丙烯(PP)微粉,研究两种PP微粉的微观形态及其对炭黑/NR复合材料结构与性能的影响。结果表明,与高速粉碎的PP微粉相比,固相剪切碾磨的PP微粉形状更不规则,粒径更小,表面能更大,与NR基体相容性更好,补强效果更突出。当PP微粉用量较小时,PP微粉可均匀分散在橡胶基体中,且不影响炭黑在基体中的良好分散;添加少量PP微粉可改善炭黑/NR复合材料的硫化性能、拉伸性能、热老化性能和动态力学性能。

固相剪切碾磨技术在废弃EVA基鞋底材料回收中的应用

采用固相剪切碾磨技术制备了废弃EVA基鞋底(ESW)粉体,并将其与热塑性聚氨酯(TPU)进行共混复合,研究了碾磨次数对ESW表面物性、微观形貌的影响,以及TPU/ESW复合材料的力学性能。研究结果表明,经固相剪切碾磨后,ESW粉体逐渐变为细小的片状,平均粒径减小到406.2μm,同时其比表面积增大、粒度分布变宽。氨基、羰基等红外光谱特征吸收峰强度明显增加,粉体表面活性提升;醋酸乙烯酯侧基发生部分脱除,热分解峰变弱,并向高温方向偏移4.4℃。与未碾磨ESW相比,碾磨后的ESW粉体有效改善了TPU的力学性能,使复合材料的拉伸强度由4.7 MPa提升到8.5 MPa,断裂伸长率由721%提升到1369%,为废弃EVA基鞋底材料的回收利用提供新途径。

石墨的固相剪切石墨烯化及其与聚氯乙烯的纳米复合

采用微波辐照市售可膨胀石墨制备膨胀石墨(EG),通过EG-聚氯乙烯(PVC)、EG-PVC-氯化聚乙烯(CPE)和EG-PVC-聚氨酯热塑性弹性体(TPU)等的固相剪切共碾磨(S3M)制备了EG/PVC,EG/PVC-CPE和EG-PVC-TPU复合粉体,进一步模压成型得到EG/PVC,类石墨烯/PVC/CPE和石墨烯-PVC-TPU复合材料。用粒度分析、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射和原子力显微镜等手段表征了复合粉体及其复合材料的结构与性能。结果表明,S3M实现了体系的粉碎、分散和EG与PVC的纳米复合;CPE和TPU的加入实现了EG的进一步剥层,使石墨片层的厚度达到1~5层,达到了少层石墨烯水平,实现了EG石墨烯化的目标。当EG质量分数在3%时,类石墨烯/PVC-CPE复合材料电导率呈指数上升,提高了8个数量级;当EG质量分数超过4%时,电导率再次激增,出现第2次逾渗现象;在5%时,电导率达0.22 s/m,表现出良好的导热、抗静电和电磁屏蔽功能。石墨烯/PVC-TPU纳米复合材料的电导率变化与类石墨烯/PVC-CPE复合材料类似,而且导热、抗静电和电磁屏蔽性能更好。

固相剪切碾磨对Al/低密度聚乙烯导热复合材料结构与性能的影响

采用固相剪切碾磨预处理结合熔融再加工技术制备了高性能铝粉(Al)/线性低密度聚乙烯(LLDPE)导热复合材料,并与常规熔融共混法对比,系统研究了固相剪切碾磨对复合材料微观形态、结晶性能、热稳定性、流变特性、热导率和力学性能等的影响。结果表明:通过固相剪切碾磨实现了球形Al颗粒应力诱导变形为具有较大径厚比的片状,在基体中均匀分散且与其界面结合得以增强,同时这种大片状的铝粉在Al/LLDPE复合材料成型时更易有效接触形成导热网链并形成一定取向分布,特别是在高填充量下。因此Al/LLDPE复合材料拥有更好的结晶性能和热稳定性、更低的流变逾渗阈值、更高的热导率和力学性能。固相剪切碾磨预处理制备的Al/LLDPE复合材料在铝粉含量超过15%就出现流变逾渗现象,且当Al填充质量分数80%时,复合材料的热导率高达8.86 W/(m·K),拉伸强度和弯曲强度分别为33.0 MPa和31.2 MPa,都明显优于常规熔融共混复合体系,同时其初始分解温度也提高了近13℃。

铝塑复合包装的应用及废弃物回收利用新技术

包装是商品使用、储存、运输的重要保障,不可或缺。塑料包装轻质、易加工、性价比高,增长极快,成为现代社会主要的包装材料,其中铝塑复合包装通过材料优势互补,可满足阻隔性、抗菌性、力学性能和印刷性能等多功能要求,应用广泛,但即用即弃,废弃物难分离难回收利用,无法降解,也难焚烧处理,污染环境,浪费资源,亟待治理。本文综述了铝塑复合包装结构性能和应用,以及废弃物回收利用难点,重点介绍了本团队采用自主创新的固相剪切碾磨加工装备和技术,实现废弃铝塑复合包装的室温超细粉碎和均匀分散,改善加工性和力学性能,制备可拆卸物流包装箱及导热导电功能制品的研究工作。

聚丙烯/石墨纳米复合材料的导电性能研究

磨盘碾磨固相剪切复合技术(S3C)是制备聚合物 石墨导电复合材料的有效途径,所得聚丙烯 膨胀石墨复合材料具有纳米插层复合结构,石墨纳米片层的相互搭接可形成导电网络,具有纳米间隙的石墨插层结构可形成隧道电流,从而大幅度降低复合体系的导电逾渗阈值,在低填充量实现聚合物复合材料高电导性,与熔体共混相比,导电逾渗阈值由4 .3vol%降低到0 . 5 5vol% ,在石墨含量为4 .0 1vol%时,电导率提高10个数量级.