聚丙烯/云母复合材料改性研究进展

综述了国内外聚丙烯(PP)/云母复合材料改性研究的最新进展,包括改变云母粒径、加入相容剂、表面改性、加入增韧剂等方法。结果认为,各种改性方法均可使PP/云母复合材料的力学性能相对于纯聚丙烯大幅度提高。最后展望了今后PP/云母复合材料研究亟待解决的问题和发展方向。

聚丙烯/云母复合材料热稳定性能研究

热降解是聚合物材料在热加工和使用过程中不可避免的问题,因此提高聚合物材料热稳定性对聚合物材料的应用具有重大意义。本课题以云母作为填料填充至聚丙烯中,研究云母、相容剂、增韧剂等含量对聚丙烯/云母复合材料热稳定性能的影响。研究结果表明将云母加入聚丙烯中可使材料的热变形温度、维卡软化温度增加以及起始分解温度增加,提高材料的热稳定性能,而降低相容剂聚丙烯接枝马来酸酐PP-g-MAH含量、增加增韧剂乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐POE-g-MAH含量会使复合材料的热稳定性能下降。

竹纤维增强聚丙烯复合材料研究与应用进展

竹材是绿色、低碳、可降解生物质材料,是塑料的最佳替代品。竹纤维具有资源丰富、成本低、密度小、绿色环保、比强度高等特点,与聚丙烯复合形成的竹纤维增强聚丙烯复合材料兼有竹材和塑料的优点,是一种资源节约型和环境友好型材料,是“以竹代塑”产品开发的低碳材料来源。文中综述了竹纤维增强聚丙烯复合材料在材料特性、制备方法、性能测试等方面的研究进展,分析了目前的应用现状,提出了今后的研究重点及应用潜力,以期为“以竹代塑”创新产品研发提供参考。

二氧化硅改性聚丙烯复合材料的性能研究

中空二氧化硅(SiO_(2))是一种特殊的新型无机化合物,由于其内部的晶体结构,具有一个或者多个空腔,除此之外还具有来源广、低密度、高比表面积和优异的吸附效果,这就决定了其可以用来填充改性高分子材料。选取SiO_(2)通过简单的熔融共混法来填充改性聚丙烯(PP),加入了改性聚丙烯充当相容剂,研究了SiO_(2)的含量对PP复合材料的拉伸强度、冲击强度和熔体流动速率等影响。结果显示:改性聚丙烯的加入能够起到良好的相容性,适量的SiO_(2)可以提高聚丙烯复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和熔体流动速率,但添加过量会使聚丙烯复合材料的力学性能及熔体流动速率下降。选用无机材料来改性聚合物已成为一种趋势,相信在未来,会有更多的新型复合材料诞生。

云母增强聚丙烯复合材料抗紫外老化性能的研究

本文采用熔融共混法制备PP/云母复合材料,通过自制紫外老化箱研究PP/云母复合材料紫外老化性能,并借助SEM照片等手段进行表征,研究表明:PP/云母复合材料拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度都随云母含量的增加而增大,云母含量高达40%时,复合材料的强度都还有上升的趋势;云母的加入使得聚丙烯具有很明显抗紫外老化性能,其复合材拉伸强度和缺口冲击韧性的保持率近高达95%以上,UVB光辐照800 h内对复合材料力学性起到一定促进作用,这主要是由于云母片层结构产生偏光和干涉效应而导致。

微晶白云母/聚丙烯酸钠超强吸水性复合材料制备研究

以微晶白云母的超细粉体与丙烯酸为主要原料,采用溶液聚合法制备微晶白云母/聚丙烯酸钠超强吸水性复合材料,优化该复合材料吸自来水性能的配方,即中和度100%,丙烯酰胺用量30%,交联剂用量0.04%,白云母用量60%,引发剂用量0.40%;在此配方下制备的复合材料,吸蒸馏水倍率为420 g/g,吸自来水倍率为220 g/g,吸生理盐水倍率为55 g/g。XRD,SEM分析表明,白云母在复合过程中没有发生结构的变化,在复合材料中均匀分散。同时,该复合材料具有反应便于控制且不粘容器、抗盐性能好、凝胶强度高,特别是白云母可添加60%,丙烯酰胺用量30%,使成本大幅降低。该产品可广泛应用于农林园艺、生态环境治理等领域作保水剂。

聚丙烯酸/绢云母超吸水性复合材料的合成与性能研究

通过丙烯酸与绢云母超细粉的接枝共聚 ,制备出吸水率为 1 1 0 0倍的超吸水性复合材料。研究了制备过程中各种影响因素 ,结果表明 ,当绢云母超细粉的用量为 1 0 %～ 2 0 % ,丙烯酸单体的浓度为 2 5 % ,单体的中和度为 65 % ,交联剂用量为 0 .1 % ,引发剂用量为 1 .5 % ,接枝共聚反应温度为 70℃时 ,可获得较好的结果。本文讨论了上述反应因素对复合材料吸水率的影响 ,并探讨了吸水材料的颗粒大小对吸水性能的影响。

接枝物包覆合成云母填充聚丙烯复合材料的界面形态及性能

采用不同用量配比马来酸酐接枝均聚聚丙烯(iPP-MA)及马来酸酐接枝聚烯烃弹性体(POE-MA)对合成云母进行包覆后,填充到均聚聚丙烯(iPP)中制备复合材料,对包覆云母沉降行为及复合材料断面形态、性能进行研究。结果表明,固定接枝物用量,随着POE-MA含量的增多,复合材料界面结合呈现改善趋势。iPP-MA对材料屈服前比基本断裂功(We,y)的提高有利,而POE-MA对材料屈服前比非基本断裂功(β′Wp,y)提高有利。

包覆天然云母粉填充聚丙烯复合材料的界面和性能

采用聚丙烯(PP)-马来酸酐(MAH)接枝物(PP-g-MAH)对天然云母粉进行包覆后制备出PP/包覆天然云母粉复合材料,并对材料的界面形态和包覆云母粉用量与材料的力学性能、加工性能及耐热性的关系进行了研究。结果表明,包覆云母可以有效改善复合材料中云母与基体的界面结合程度,减少缺陷的出现。随包覆云母用量的增加,除材料的断裂伸长率相应降低外,材料的屈服强度、弹性模量和冲击韧性都有较明显的提高,可达到同时增强增韧的目的。另外,包覆云母的使用还可以改善材料的加工流动性与维卡软化点。

纳米云母改性聚丙烯复合材料的制备及性能研究

以聚丙烯(PP)为基体及纳米云母为改性剂,用混炼法制备纳米云母/聚丙烯复合材料。对未改性的纳米云母、烷基改性的纳米云母及甲基丙烯改性的纳米云母与聚丙烯的复合材料的力学性能和热性能进行比较分析。结果表明,经傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析,证实纳米云母已成功改性,由扫描电子显微镜(SEM)分析,云母粉末为纳米级,改性影响了聚丙烯和云母之间的结合性,与未改性的云母相比,改性云母的各项性能较好。通过X射线衍射(XRD)分析,纳米云母不会影响聚丙烯的结晶行为和收缩关系。在力学性能方面,纳米云母(1 phr)虽然可以增加拉伸强度,但随着纳米云母的添加增加至7 phr,复合材料变硬变脆而下降,拉伸强度略微下降,冲击强度显著下降,而拉伸模量和表面硬度都提高10%以上,表明改性后的纳米云母与聚丙烯融合性更强。在热性能方面,在7 phr 纳米云母添加量下,其维卡软化温度提高约10%,表明添加烷基改性比甲基丙烯改性云母的复合材料稳定性更好;随着云母添加量增加,耐热性提升效果明显,但因改性剂会先裂解,导致改性的纳米云母降低了纳米复合材料的耐热性。

云母和纤维组合增强聚丙烯复合材料 Ⅱ.界面性能研究

用单丝拔出法测定了云母和纤维组合增强聚丙烯复台材料中纤维与基体之间的界面结合强度，测定了云母和纤维组合增强聚丙烯复合材料的结晶温度、动态储存模量和线膨胀系数．并计算了纤维因基体体积收缩而形成的径向热残余压缩应力和基体与纤维之间的摩擦系数．研究了云母对纤维与基体界面性能的影响， 结果表明．二母的加入使纤维受到的残余应力增加．摩擦系数显著下降．导致基体与纤维界面的结合强度随云母含量的增加先上升后下降．

聚丙烯酸盐/绢云母超吸水性复合材料的表征

通过丙烯酸与绢云母超细粉的接枝共聚 ,制备出吸水率为 1 1 0 0倍的超吸水性复合材料。通过X 射线、傅立叶红外光谱、热分析、偏光显微镜等对样品进行表正和分析。结果表明 ,丙烯酸与绢云母在接枝共聚过程中绢云母的结构没有发生变化 ,但分散度提高 ;绢云母粉体OH基团与丙烯酸COO基团发生了某种形式的键合或结合 ,形成了一种网络结构 ;复合材料的脱水温度提高 ,表明与水分子的结合能力增强。

云母和纤维组合增强聚丙烯复合材料Ⅰ.力学性能研究

以云母填充聚丙烯为基体，连续无规玻璃纤维毡为增强材料，通过双钢带压机制成了云母填充ＧＭＴ（Ｇｌａｓｓ Ｍａｔ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ）．研究了云母的加入对 ＧＭＴ力学性能的影响，结果表明，少量云母的加入，使ＧＭＴ的力学性能发生明显变化，强度和刚性显著提高，云母和纤维表现出正的组合效应；随着云母填充量增加，ＧＭＴ的强度和模量下降，云母与纤维的组合表现出负效应，云母对ＧＭＴ力学性能的影响主要与云母的加入引起的玻璃纤维与聚丙烯基体之间的界面结合有关，少量云母的加入使玻璃纤维与基体的界面结合强度提高，而大量云母的加入则造成纤维与基体界面结合强度下降，向基体中添加马来酸酐接枝聚丙烯（ＭＰＰ），能有效改善在云母含量较高情况下纤维与基体的界面结合状况，使高填充云母ＧＭＴ表现出优良的力学性能 还研究了云母粒径对云母填充ＧＭＴ力学性能的影响，

聚丙烯/氧化石墨烯抗菌复合材料的性能研究

以不同添加量的氧化石墨烯(Graphite oxide,GO)为抗菌剂,利用熔融共混法简易制备了聚丙烯(Polypropylene,PP)/GO复合材料,分别对复合材料的力学性能、耐热性能、熔融/结晶温度进行了研究,并重点考察了复合材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌性能。实验结果表明:GO对复合材料的增强增刚作用不明显;相较于纯PP材料,当GO质量分数为1.0%时,复合材料的冲击强度为4.62 kJ/m^(2),提高了1.62倍,负荷热变形温度提高了近23.9℃,复合材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率高达50%以上,复合材料表现出优异的抗菌性能。为后续该PP/GO抗菌复合材料在食品包装制品、农业、医用医疗制品的开发及工业化应用奠定实验基础。

魔芋葡甘聚糖协同碳酸钙增强聚丙烯复合材料的制备

目的拟在利用天然可降解高分子替代部分聚丙烯(PP)制备一种新型复合材料。方法采用聚丙烯作为复合材料的基质,向基质中加入魔芋葡甘聚糖(KGM)、碳酸钙(CaCO_(3)),并按照一定比例通过桌面挤出机混溶挤出制粒,再将半成品颗粒利用注塑机注塑成型制备成PP/KGM/CaCO_(3)复合材料,同时探究KGM、CaCO_(3)对PP/KGM/CaCO_(3)复合材料的冲击性能和拉伸性能的影响。结果通过单因素实验可知,当KGM体积分数为10%、CaCO_(3)体积分数为5%时,PP/KGM/CaCO_(3)复合材料的力学性能最优。结论该复合材料相互融合程度较好,抗冲击和伸强度较高,安全系数较好,可应用于食品包装和生活用品行业领域。本研究可为KGM的资源化利用提供一定的参考依据。

硅烷偶联剂改性聚丙烯纤维水泥基复合材料的性能研究

本文使用不同类型(KH550和KH560)和不同浓度(0.5%、1.0%、1.5%和2.0%,质量分数)的SCA对聚丙烯纤维(PPF)进行表面改性,通过无侧限抗压强度试验和抗折试验,研究了SCA改性聚丙烯纤维水泥基复合材料的承压能力,并使用扫描电子显微镜对改性后的聚丙烯纤维水泥基复合材料进行了微观表征。结果表明:KH560改性聚丙烯纤维对水泥基复合材料的流动度影响较大,KH550次之;整体上,SCA浓度越接近1.5%,对聚丙烯纤维水泥基复合材料流动度的影响越大;随着KH550浓度增大,水泥基复合材料孔隙率总体呈降低趋势,随着KH560浓度增大,水泥基复合材料孔隙率呈先下降后上升的趋势,并且浓度为1.5%时孔隙率最小;两种SCA均提高了PPF表面的粗糙度,并能在PPF-SCA-基体界面实现化学键连接;两种SCA对聚丙烯纤维水泥基复合材料抗折强度的影响较小,但能有效提高抗压强度。总体而言,KH550改性效果优于KH560。

聚丙烯复合材料动态力学性能及本构表征

为研究聚丙烯(polypropylene,PP)复合材料的动态力学性能,进行了PP-TD20、PP+EPDM-TD20和PP-LGF203种材料在准静态和中应变率下的拉伸力学性能测试试验。试验结果表明,TD20和LGF20的加入分别将PP基体的强度极限提升约1倍和3.2倍,三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)在韧性方面起到显著增强作用,PP-TD20和PP+EPDM-TD20仍表现为韧性,而PP-LGF20改变为脆性材料。3种材料在弹性和塑性阶段均表现出较强的应变率敏感性,刚度、流动应力、屈服强度和强度极限随着应变率的增加而增大。采用修正的ZWT(Zhu-Wang-Tang)模型和修正的J-C(Johnson-Cook)模型构建几种材料的动态本构关系,识别模型参数,拟合的曲线与试验结果基本一致,表明这两种模型能够准确反映材料的动态力学行为。由修正的ZWT模型推广获得三维应力状态下的本构方程,编写VUMAT子程序,数值模拟得到的载荷-位移曲线与试验结果吻合较好,进一步表明了本构关系的有效性。

聚丙烯纤维增强水泥基复合材料单轴拉伸损伤本构模型研究

聚丙烯纤维增强水泥基复合材料(PP-ECC)是具有良好性能且成本低、应用前景广的延性材料。本文通过单轴拉伸试验,讨论不同纤维掺量对PP-ECC受拉力学性能(初裂应力应变、峰值应力应变、应力-应变关系曲线和弹性模量)的影响。根据单轴拉伸的试验结果,参考现有的工程水泥基复合材料(ECC)损伤本构模型和损伤理论,定义损伤因子,构建PP-ECC抗拉特征的损伤本构模型,并对损伤因子拟合函数进行改进,损伤因子的拟合函数选用了一元六次函数,利用Origin和Matlab程序辅助计算和识别损伤因子函数中的相关参数。经过优化的本构模型与试验结果的一致性更高,模型的精确度有了显著提升。

微交联抗冲击间规聚丙烯复合材料制备及其性能研究

利用己内酯与木质素反应制备了改性木质素,将改性木质素、交联剂、硫磺与间规聚丙烯(s PP)共混,通过双螺杆挤出制备了微交联抗冲s PP复合材料。测试了微交联抗冲s PP复合材料的力学性能、流动性和热稳定性等。实验结果表明:当间规聚丙烯、交联剂、改性木质素、硫磺添加份数比例为100/0.2/1.0/0.3时,复合材料的力学性能较好,弯曲最大强度和冲击强度相对纯间规聚丙烯分别提高了11%和116%。

聚甲醛改性聚丙烯复合材料的制备及性能研究

采用机械熔融共混的方法,制备了不同添加比例的POM改性PP复合材料,对材料的熔融结晶行为、力学性能及样品的断面形貌进行了表征分析。结果表明,将POM作为改性剂,直接对PP共混改性制得的复合材料具有优异的综合性能。POM含量少于10%时,对PP有增刚和增韧作用,POM/PP复合材料表现出较好的力学性能。