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。

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%。

填料对食品接触类聚丙烯复合材料结构与性能的影响

通过熔融共混法将硅灰石、晶须、滑石粉等填料引入聚丙烯(PP)/乙烯-辛烯共聚物/线型低密度聚乙烯中,制备了PP复合材料,并采用DSC,SEM,DMA等方法研究了填料对PP复合材料结构和性能的影响。实验结果表明,无机填料的引入改善了PP复合材料的结晶性能。与硅灰石和晶须相比,滑石粉可有效促进层间分子链段的规整排列,在基体中形成相对完善的填料网络,提高PP复合材料的储能模量,使其拉伸强度和弯曲强度较未改性PP分别提高了55.6%和86.9%,且高添加量下冲击强度未发生明显降低,小分子析出物降至1.49%(w),满足食品接触材料的使用要求。

己内酯改性木质素填充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填料,并将改性木质素与间规聚丙烯(sPP)共混制备了填充sPP复合材料。研究了sPP复合材料的力学性能、流动性和热稳定性。实验结果表明:当己内酯改性木质素添加量为10份时,复合材料拉伸强度达19.3 MPa,为同等添加量木质素填充sPP复合材料的1.4倍;冲击强度达32.1 KJ/m^(2),为同等添加量木质素填充sPP复合材料的2.0倍。在添加份数为20份以内,复合材料热稳定性增加。经己内酯改性后的木质素在聚丙烯中添加比例可达1∶1,为木质素大量填充高分子材料提供了一条新思路。

硅灰石替代滑石粉在聚丙烯复合材料中的应用

分别采用滑石粉和硅灰石作为无机填料,在聚丙烯(PP)复合材料中添加不同份数的硅灰石和滑石粉并对其综合性能进行系统研究,采用扫描电子显微镜、万能力学性能试验机、冲击试验机、收缩率测定仪和微卡热变形温度测定仪等对无机粉体的颗粒大小、微观形貌和冲击断面形貌以及复合材料的拉伸和弯曲及冲击性能、收缩率、热变形温度进行了测试。研究结果表明:随着硅灰石粉添加量的逐渐增大,PP复合材料的拉伸强度和收缩率逐渐下降,当滑石粉添加量为20份时,拉伸强度为31.979 MPa,收缩率为1.54%,当硅灰石全部替代滑石粉添加量为20份时,拉伸强度下降到29.022 MPa,收缩率下降到1.32%;复合材料的冲击强度先上升后下降,当硅灰石粉和滑石粉添加量均为10份时,PP复合材料的冲击强度达到最大值,为4.302 kJ/m^(2);PP复合材料的弯曲强度和热变形温度逐渐提升,当滑石粉添加量为20份时,弯曲强度为49.462 MPa,热变形温度为91.2℃,当硅灰石全部替代滑石粉添加量为20份时,弯曲强度上升至58.33 MPa,热变形温度上升至111.7℃。

荧光标记碳酸钙/聚丙烯复合材料的应力发白研究

聚丙烯复合材料在使用过程中通常会出现应力发白,表征材料的应力发白现象、探究应力发白机制、监控材料的结构变化具有重要意义。利用稀土铕离子的荧光特性,通过熔融共混的方式实现了对碳酸钙/聚丙烯复合材料的荧光标记。通过轴向拉伸试验构筑了荧光标记碳酸钙/聚丙烯复合材料的应力发白现象,并结合激光扫描共聚焦显微技术对应力发白结构进行三维分析。结果表明:聚丙烯基复合材料应力发白是由于拉伸后出现空洞造成的,空洞的存在导致折射率变化而呈现白色,通过ImageJ统计得到拉伸轴向空洞的宽度约为4μm。荧光标记与激光扫描共聚焦显微技术联用,可以有效监控外力作用下复合材料的结构变化。

高压电缆材料用聚丙烯复合材料的制备及性能

聚丙烯在绝缘电缆中的应用广泛,但在长期腐蚀环境下服役后易产生绝缘性变差、力学强度降低等问题,而通过掺加纳米碳酸钙实现改性处理,可改善其绝缘性能。为此,基于聚丙烯与碳酸钙无机纳米粒子等材料制备了不同配比的聚丙烯复合材料,并对其相关性能开展分析。试验结果显示:质量分数95.5%的聚丙烯与质量分数3%的纳米碳酸钙配比下的试验组具备优良的电绝缘性,其介电常数为3.12,交流和直流击穿强度均远高于规范规定的20 kV/mm;该配比下的聚丙烯复合材料的拉伸强度相比未掺加碳酸钙试验组有所降低,但仍符合规范使用标准;热空气老化与酸碱老化处理后,其拉伸强度与击穿强度也满足使用需求。分析认为,所述配比下的聚丙烯复合材料适用于高压电缆材料。

建筑用高性能聚丙烯复合材料实验研究

文章以共聚聚丙烯(PP)、聚烯烃弹性体(POE)和滑石粉为主要材料,分别研究了POE、滑石粉含量对PP/POE/滑石粉复合材料性能的影响。通过拉伸、冲击实验发现,POE和适量滑石粉都能显著增强复合材料的机械性能。同时,利用SEM图像观察POE和滑石粉在聚丙烯材料中的分布情况,研究结果对开发高性能的建筑用聚丙烯工程材料具有重要的指导意义。

四种植物纤维粉/聚丙烯复合材料应用性能

为了充分利用农作物及农业废弃物中的植物纤维,研究环境友好材料,研究了4种植物纤维粉/聚丙烯复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量等力学性能,并对其吸水和热变形性能进行了分析。结果表明:麦秆粉与稻壳粉混合纤维粉填充聚丙烯时,复合材料有较好的性能;稻壳粉、混合纤维粉及松木粉分别填充聚丙烯复合材料的拉伸强度和弯曲强度相差不大;竹粉填充聚丙烯复合材料的力学性能较低,吸水性及加热后尺寸变化率较大,综合性能较差。稻壳粉与聚丙烯相容性较好,竹粉和松木粉与聚丙烯的相容性较差。稻壳粉、混合纤维粉能与聚丙烯制备性能较好的木塑复合材料。

醋酸纤维素-聚丙烯复合膜固定化转谷氨酰胺酶的研究

通过醋酸纤维素-聚丙烯复合膜对转谷氨酰胺酶进行固定,以酶活力为指标,进行单因素试验,考察酶液质量浓度、吸附时间、戊二醛添加量、戊二醛交联时间对转谷氨酰胺酶活力的影响,确定最佳固定化条件为:酶液质量浓度15mg/mL、吸附时间3h、戊二醛添加量0.3g/100mL、戊二醛交联时间4h。在最佳固定化条件下固定的酶活力可达16.1U/g膜。对固定化酶和游离酶的酶学性质进行比较,得出游离酶最适温度为35～40℃,而固定化酶膜最适温度为45～50℃;游离酶最适pH值为6～7,固定化酶膜最适pH值为5～6,固定化酶比游离酶向酸性偏移。

长玻纤增强聚丙烯复合材料注塑成型工艺优化

通过熔融浸渍包覆工艺,制备玻纤含量为40%的长玻纤增强聚丙烯复合材料(LGFRPP)粒料,选择注塑温度、注射压力以及注射速率作为试验的3个因子,将拉伸强度、弯曲强度及冲击强度作为评价指标,利用正交实验设计的方法对LGFRPP的注塑成型工艺进行了优化研究,研究了各注塑工艺对力学性能的影响,得到最佳注塑成型条件。研究结果表明,对拉伸性能影响最显著的是注射速率,对弯曲性能影响最显著的是注塑温度,对冲击强度影响最显著的是注射压力;采用综合平衡原则,结合拉伸、弯曲和冲击性能,得到含量为40%的LGFRPP复合材料的最佳注塑成型条件为注塑温度250℃,注射压力40 MPa,注射速度60%。在最佳工艺条件下,材料的拉伸强度为132. 02 MPa,弯曲强度为200. 38 MPa,冲击强度为59. 34 k J/m2。

木粉/聚丙烯复合材料力学性能及结晶行为研究

研究了木粉/聚丙烯复合材料的力学性能,结晶行为和微观结构。在木粉含量很高的情况下材料保持很好的拉伸强度,而材料的韧性随着木粉含量的增加下降很大。增容剂MA -PP的加入对材料的拉伸强度很很大的提高,而对冲击强度的影响不大。木粉/PP复合材料的结晶温度随着木粉含量的增加而增大,表明木粉对PP有异相成核的作用。复合材料电镜照片显示木粉在树脂中即使在较高含量下也分散均匀,马来酸改性聚丙烯(MA PP)的加入提高木粉与树脂基体的界面结合。

蒙脱土填充聚丙烯复合材料的摩擦磨损行为研究

采用熔体插层法在双螺杆挤出机上制备出含不同质量分数的有机蒙脱土（OMMT）PP复合材料，对OMMT／PP复合材料的力学性能和摩擦磨损性能进行研究，利用扫描电子显微镜观察磨损表面性貌．结果表明：复合材料的硬度和拉伸强度随OMMT含量增加先增加后减小；Ⅴ型缺口冲击强度逐渐上升；摩擦系数和磨损率先降低而后升高；当OMMT质量分数为1．5％时，复合材料的硬度和拉伸强度最大，磨损率为PP的65％，摩擦系数降低8．5％；随着OMMT含量增加（0％～4％），复合材料的磨损形式主要为粘着磨损、磨粒磨损以及粘着磨损与磨粒磨损的混合形式．

混纤纱法制备连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料

采用混纤纱法制备连续玻璃纤维增强聚丙烯复合材料 ,对混纤纱的制备工艺及纤维增强聚丙烯复合材料的成型工艺进行了研究。通过试验 ,对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料力学性能及孔隙率等进行了测试 ,并确定出了合理的工艺参数。

氧化锌晶须/聚丙烯复合材料性能的研究

制备了四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)/聚丙烯复合材料,研究了不同偶联剂处理的T-ZnOw及其用量对复合材料力学性能的影响,并对偶联机理做了初步探讨。研究结果表明,当添加T-ZnOw质量分数为20%时,复合材料的力学性能最好;与处理前相比,处理后的T-ZnOw复合材料的拉伸强度和冲击强度有不同程度的提高;不同偶联剂处理的T-ZnOw对复合材料力学性能的影响不同。

咪唑基离子液体修饰蒙脱土/聚丙烯复合材料的耐热老化性能

研究了1-十八烷基-3-甲基氯化咪唑修饰的蒙脱土/聚丙烯复合材料耐热老化性能。结果表明,热老化前改性蒙脱土/聚丙烯复合材料的拉伸性能、弯曲性能与聚丙烯相比均有所改善,分别提高了7.3%和17.5%,冲击性能提高达54%。经以5d为一老化周期的热老化,研究了4个老化周期中改性蒙脱土/聚丙烯复合材料的力学性能保持率,质量变化率,以及颜色变化的情况。研究发现,在热老化过程中,复合材料的力学性能有很高的保持率,部分性能甚至得到改善,复合材料的质量变化很小,颜色无明显加深,说明该离子液体修饰的蒙脱土/聚丙烯纳米复合材料不仅有很好的力学性能,而且耐热老化性能优越。

竹粉增强聚丙烯复合材料的吸水性和表面润湿性

研究了竹粉用量和马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)、硅烷(KH570)、钛酸酯(DN301)和铝锆(TL-4)偶联剂对竹粉增强聚丙烯发泡复合材料吸水性和表面润湿性的影响,材料表面的动态润湿性采用数学模型表征.结果表明,竹粉用量的增加会提高材料的吸水性和润湿性;偶联剂的加入会提高材料润湿性、降低其吸水性,且MAPP改善效果最佳,其次是KH570和TL-4,最后是DN301;竹粉用量为50份,未加偶联剂,1080 h后材料的吸水率为7.655%,添加偶联剂后,吸水率降低到1.646%-2.112%,竹粉用量为90份时,吸水率又增加到3.42%;竹粉用量为10-90份时,蒸馏水和甘油在材料表面的接触角衰减速率(K值)分别为0.0053-0.0081和0.0074-0.0103,加入偶联剂后,K值增大50%-67.7%.

MAPP对麦秸纤维-聚丙烯复合材料热力学性能的影响

以麦秸纤维为增强材料、聚丙烯为基体物质、马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)为改性剂,制备麦秸纤维-聚丙烯复合材料。利用DMA、DSC、TG和SEM,探讨了MAPP的添加量(质量百分比1%、2%、5%、10%)和麦秸纤维形态(<9、9～28、28～35、>35目)对麦秸纤维-聚丙烯复合材料的热力学性能和结晶性能的影响。结果表明:①当MAPP的添加量为2%时,麦秸纤维-聚丙烯复合材料的储能弹性模量减小;当MAPP的添加量增加到5%、10%时,复合材料的储能弹性模量增加。②在麦秸纤维-聚丙烯体系内添加MAPP后,麦秸纤维-聚丙烯复合材料的结晶温度提高约1℃,结晶度增加了4%～8%;麦秸纤维以28～35目的形态作为聚丙烯基体的增强材料时,其复合材料的结晶温度为122.7℃,结晶率达到45.8%。③麦秸纤维-聚丙烯复合材料的热分解峰温分别为355和460℃。④麦秸纤维以纤维束的形态分布在基体聚丙烯中起增强作用,在整个体系内,麦秸纤维局部团聚且断裂明显。添加MAPP后,有利于基体物质在麦秸纤维表面的均匀覆盖。

固相力化学方法制备膨胀型阻燃剂对聚丙烯复合材料的阻燃研究

用固相力化学方法制备了膨胀型阻燃剂 (IFR)阻燃聚丙烯 (PP)复合材料 ,用粒度分析、DSC、SEM等表征其结构 ,并测定其阻燃性能。结果表明与传统双辊塑炼法相比 ,固相力化学方法可以提高阻燃

长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备及力学性能

使用熔融浸渍法制备了长玻璃纤维增强聚丙烯复合材料(LFTPP–G),研究了不同纤维含量、不同牵引速度及不同相容剂马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)添加量对复合材料力学性能的影响。结果表明,玻璃纤维在复合材料体系中起增强增韧作用,复合材料力学性能随纤维含量增加而升高;提高牵引速度可以提高生产效率,但复合材料的力学性能及纤维分散性能随之降低;相容剂PP-g-MAH的加入改善了玻璃纤维与树脂的界面结合。当使用自制的浸渍装置且玻璃纤维质量分数为50%、牵引速度为30 m/min、相容剂PP-g-MAH质量分数2%时,制得LFTPP–G具有较好的综合力学性能,其缺口冲击强度相较于纯聚丙烯树脂提高了1323%。