聚乙烯/有机蒙脱土复合材料制备与性能研究

在对蒙脱土(Mmt)进行有机化处理,使其变为有机蒙脱土(O-Mmt)的基础上,采用熔融插层法制备了聚乙烯/有机蒙脱土(PE/O-Mmt)复合材料.研究了不同相容剂、工艺对该复合材料体系性能的影响.结果表明:采用马来酸酐接枝聚乙烯(PEMA)作为相容剂可获得较好插层效果;采用一步共混和二步共混法的复合效果相同.

聚乙烯/有机蒙脱土纳米复合材料结晶动力学

采用熔融插层法制备了聚乙烯/有机蒙脱土纳米复合材料,利用示差扫描量热法(DSC)研究了复合材料的等温及非等温结晶行为,并与纯聚乙稀进行了比较．通过Avrami方程,修正Avrami方程的Jeziorny法及Ozawa法分别对等温及非等温结晶过程进行了处理．结果表明:蒙脱土片层在复合材料结晶过程中起到了异相成核作用,复合材料的成核机理与生长方式已不同于聚乙烯;在相同结晶条件下,复合材料的结晶速率明显比聚乙烯快;纯PE的表观活化能为142．14 kJ/mol,而复合材料为158．38 kJ/mol,复合材料的活化能有一定程度提高;对非等温结晶过程分析,Jeziorny方法适用,而Ozawa方法不适用．

一锅法合成银纳米粒子/有机蒙脱土复合材料

以硝酸银为银源,硼氢化钠为还原剂,阳离子型表面活性剂为柱撑剂和吸附剂,钠基蒙脱土为分散剂和载体,利用液相还原法的一锅法成功制备银纳米颗粒。分别应用X-射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对制备产物进行了表征,证明有机蒙脱土负载了银纳米粒子。银纳米粒子大多附着在有机蒙脱土的表面,少量插入层间。同时考察了表面活性剂、反应物的物质的量之比对产物粒径的影响。

聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备与力学性能预测

本文采用熔融挤出法制备了β成核聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料,考察了蒙脱土、β成核剂及增容剂用量对复合材料缺口冲击强度和弯曲强度的影响,并用BP神经网络进行预测。结果表明,增加蒙脱土用量有助于复合材料强度的提高但对韧性不利;随β成核剂用量的增加,复合材料的缺口冲击强度略有增加,而弯曲强度存在最优值,即添加β成核剂0.1%时,弯曲强度达到最大值35.06MPa,较不添加时增加了13.68%;随增容剂用量的增加,复合材料的韧性显著增大而强度有所降低,添加30%增容剂,复合材料的缺口冲击强度较不添加时增加了约3倍,而弯曲强度仅降低了28.39%;BP神经网络预测结果表明,该模型能够比较精确的预测该复合材料的力学性能。该研究对于优化聚丙烯基纳米复合材料制备及改进力学性能预测具有借鉴意义。

线性低密度聚乙烯/有机蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究

通过熔融共混法制备了线性低密度聚乙烯/有机蒙脱土(LLDPE/OMMT)纳米复合材料,采用X-射线衍射分析(XRD)和透射电镜(TEM)对材料的结构进行表征,研究了OMMT的用量对LLDPE/OMMT纳米复合材料力学性能及阻燃性能的影响。结果表明,当OMMT的用量为3.0%(重量百分比)时,材料的极限氧指数(LOI)从18.0%提高到23.8%,热释放速率峰值(PHRR)从LLDPE的771.9 kW/m2下降到511.3 kW/m2,下降幅度高达33.8%,表现出较好的阻燃性能;同时材料也呈现出良好的力学性能。

交联度对交联聚乙烯/有机化蒙脱土纳米复合材料拉伸性能和介电性能的影响

为了研究交联度对纳米复合材料拉伸性能和介电性能的影响,通过调控交联时间,制备了不同交联度的交联聚乙烯/有机化蒙脱土(XLPE/OMMT)纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)测试判断蒙脱土的插层分散状态和试样聚集态结构的变化,利用扫描电子显微镜(SEM)观察试样的结晶形态,并对其拉伸性能、电导-温度特性、介电常数、介质损耗及击穿场强进行了测试。结果表明:交联形成的三维网状结构抑制了晶体生长,且晶体尺寸和结晶度随交联度的增加而不断减小;剥离分散的OMMT在XLPE/OMMT中充当了物理交联点,与交联键共同作用,提高了纳米复合材料的拉伸强度,且不断完善的交联网络,使复合材料的弹性模量增大,韧性增强。纳米复合材料的电导率随温度升高而增大,其活化能的大小与交联度和OMMT的界面区域有关。完善的交联网络和均匀分布的界面区,增加了势垒,提高了复合材料的活化能。交联度的增加,形成较强的分子间作用力,阻碍了偶极子和侧基的转向极化,使介电常数和介质损耗角正切值减小;OMMT的加入和交联结构的完善,共同提高了复合材料的击穿场强;但过度交联会影响OMMT在基体中的分散程度,使OMMT片层发生微重排,进而导致OMMT与基体的界面结合力下降,劣化的OMMT排列和分散,使自由电子易脱离束缚,对晶格结构造成破坏,增加了复合材料的微观缺陷,使击穿场强降低。

原位聚合制备聚乙烯/蒙脱土(MMT)纳米复合材料的研究

利用 Mg Cl2 在醇中溶解和蒙脱土 ( MMT)在醇中层间膨胀的特性 ,制备了 Mg Cl2 /Ti Cl4 负载于 MMT层间的 MMT/Mg Cl2 /Ti Cl4 催化剂 ,并通过原位聚合合成了聚乙烯 /蒙脱土纳米复合材料 .经广角 X射线衍射 ( WAXD)和透射电子显微镜 ( TEM)分析表明 ,蒙脱土片层在乙烯聚合过程中发生了层间剥离 ,以单片层或几片层共存的形式无规地分散于聚乙烯基质中 .与分子量相近的纯聚乙烯相比 ,极低的蒙脱土含量 (质量分数 <1 % )能使复合材料的屈服强度、拉伸强度和拉伸模量有很大提高 .

低密度聚乙烯/纳米蒙脱土复合材料的水树枝生长特性

低密度聚乙烯是高压电力电缆的主要绝缘材料,水树枝生长特性与聚乙烯高压电力电缆绝缘击穿具有紧密联系。采用熔融插层复合法制备了一种低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料;设计制作了纳米复合材料的水树枝老化试样及试验装置,在试验中观测了试样的水树枝生长长度,并对试样的水树枝引发率进行了统计,分析了低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的吸水率对水树枝生长的影响;采用差示扫描热法分析了试样的结晶度和晶粒尺寸均匀性,通过分析低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的结晶行为,说明了纳米蒙脱土对纳米复合材料中水树枝的抑制机理。试验与分析结果表明:掺杂质量分数为3%的纳米蒙脱土粒子能够有效地提高低密度聚乙烯的结晶度,使晶粒尺寸分布均匀,吸水率减小,延缓水树枝在低密度聚乙烯中的引发与生长。

聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料结构与力学性能的研究

制备了MMT/MgCl2/TiCl4插层型催化剂,并进行乙烯聚合。考察了MMT片层间距、复合材料形态及蒙脱土在其中的分布状态。考察了材料的冲击强度、拉伸强度等力学性能及蒙脱土的最佳含量。

聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究

以蒙脱土/十六烷基三甲基溴化铵作为前驱物负载ZieglerNatta催化剂,通过插层原位聚合的方法制备了聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料。对聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备规律进行了研究。用透射电镜、扫描电镜、XRD,DSC等手段研究了结构和性能的相互关系,以及蒙脱土的含量对复合材料熔点与结晶行为的影响。研究表明:蒙脱土的片层结构被破坏,并以纳米级均匀分散在聚合物基体中。蒙脱土的质量分数为3%左右时,聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料具有优良的综合性能。

低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的电树枝生长特性

绝缘材料的电树枝生长特性分析是评估其绝缘性能的重要方法之一。采用熔融插层复合法制备了一种低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料,设计制作了纳米复合材料的电树枝生长试样及实验系统,在实验中观测了恒定电压下试样中电树枝生长过程及电树枝形态,测量了试样中电树枝的生长速度与扩散系数,分析了电树枝的局部放电统计特性。通过分析低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的结晶行为,说明了纳米蒙脱土对该纳米复合材料中电树枝的抑制机制。实验与分析结果表明:纳米蒙脱土粒子有效提高了低密度聚乙烯的结晶度并减小了晶粒尺寸。同时,纳米蒙脱土粒子有利于降低纳米复合材料电树枝局部放电量与放电重复率,延缓了电树枝的引发与生长。

聚乙烯/蒙脱土复合材料的结晶行为

采用溶液共混法制备了聚乙烯(PE)/有机纳米蒙脱土(MMT)复合材料。首先利用广角X射线衍射(WAXD)及透射电镜(TEM)分析了复合材料的微观相态,然后采用DSC分别对高和低MMT含量复合材料的结晶行为进行了研究。研究显示,MMT在PE基体中得到了较好的分散;在低MMT含量的复合材料中,MMT对聚乙烯结晶过程的影响是诱导成核及阻碍分子链运动的协同作用;而在高MMT含量下,MMT并不影响聚乙烯的晶型及晶胞尺寸,但对其表观结晶度有较大影响。

基于聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料微观结构的力学性能模拟

模拟分子的结构与行为有助于更深刻地分析聚乙烯/蒙脱土(PE/MMT)纳米复合材料力学性能变化的微观机理.为此,以分子动力学为依据,利用Materials studio构建聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料模型.在普适力场作用下,通过X射线衍射、径向分布函数以及相互作用能分别对纳米复合材料和纳米蒙脱土的微观结构和性能进行分析.仿真结果表明:有机化处理使蒙脱土的层间距增大79%;在蒙脱土质量分数为4.0 wt%时,PE/MMT纳米复合材料中存在明显的氢键作用,聚乙烯分子和蒙脱土片层间的相互作用能高达-390 kcal/mol,界面作用得到明显提高,最终形成稳定的材料结构,同时力学性能相比纯聚乙烯材料也得到改善,其中杨氏模量、体积模量以及剪切模量分别提高38%,21%和40%.分子模拟结果与实验实测结果相符,并验证了有机化蒙脱土改性聚乙烯绝缘材料会产生氢键作用.

甲基乙烯基硅橡胶/有机蒙脱土母炼胶纳米复合材料的制备、结构与性能

采用溶液插层法和母炼胶混炼工艺制备了甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)/有机蒙脱土母炼胶(OMMT-MB)纳米复合材料,通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对复合材料进行了表征,研究了复合材料的拉伸性能与热稳定性能,并与直接共混法制备的MVQ有/机蒙脱土(OMMT)复合材料和MVQ白/炭黑复合材料进行了对比,分析了OMMT的增强机理。结果表明,MVQ/OMMT-MB纳米复合材料中的OMMT完全剥离,且均匀分散在MVQ基体中;当OMMT质量分数为20%时,MVQ/OMMT-MB复合材料的拉伸性能优于MVQ/OMMT复合材料,拉伸强度和扯断伸长率分别增大至1.41 MPa、490%;其与MVQ白/炭黑复合材料相比,两者的拉伸强度相当,扯断伸长率增大了30%;MVQ/OMMT-MB复合材料的热稳定性略优于MVQ/OMMT复合材料,但比MVQ白/炭黑复合材料差。

聚乙烯-蒙脱土纳米复合材料的结构与性能

利用MgCl2在醇溶剂中可溶解及蒙脱土(MMT)在醇溶剂中发生层间膨胀的特性,制备了负载于MMT层间的MMT-MgCl2-TiCl4催化剂。MgCl2的引入,屏蔽了MMT表面复杂的化学因素对MMT-MgCl2-TiCl4催化剂活性的影响,并起到了高效载体的作用;增大了MMT的层间距,为引入活性中心Ti及活化过程提供了空间,确保MMT-MgCl2-TiCl4催化剂具有很好的活性,同时也为MMT在聚合过程中的层间剥离提供了条件。通过原位插层聚合复合法制备了聚乙烯-MMT纳米复合材料(简称纳米复合材料)。用X射线衍射、场效应扫描电子显微镜和透射电子显微镜等技术考察MMT的层间距、纳米复合材料形态及MMT在聚乙烯基质中的分布时发现,MMT片层呈剥离状态。当纳米复合材料中MMT的质量分数为1.5%-2.0%时,纳米复合材料具有良好的力学性能。

煤基聚乙烯/蒙脱土复合材料的阻燃特性

研究了以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺(MEL)复配成的膨胀型阻燃剂、煤及蒙脱土阻燃协同作用及其对煤基聚乙烯/蒙脱土复合材料阻燃性能的影响。少量蒙脱土即可显著提高聚乙烯的极限氧指数。超细煤粉的含量在一定范围内可明显提高聚乙烯/蒙脱土复合材料的极限氧指数。煤、蒙脱土及膨胀型阻燃剂之间存在良好的协同阻燃效应,可使聚乙烯的极限氧指数得到一定的提高。热氧化分解及红外光谱分析表明,煤、蒙脱土及膨胀型阻燃剂之间的协同阻燃效应与煤基聚乙烯/蒙脱土阻燃材料具有良好的热稳定性和较高的残炭率有关。

蒙脱土及粉煤灰玻璃微珠对超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯复合材料流动性能的影响

在双螺杆挤出机上制备了超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯复合材料,选择蒙脱土及粉煤灰玻璃微珠对超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯复合材料进行流动改性,采用XRD研究了蒙脱土在复合材料中的结构,研究了蒙脱土及粉煤灰玻璃微珠对复合材料流动性能的影响。研究结果表明:在低填充量下,蒙脱土及粉煤灰玻璃微珠可以提高超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯复合材料的流动性能。蒙脱土及粉煤灰玻璃微珠协同改性可以明显提高复合材料的流动性能。

高密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料膨胀阻燃体系的性能

使用以乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)为相容剂的高密度聚乙烯/蒙脱土(HDPE/OMT)纳米复合材料作为基体,制备了含不同成炭剂的聚磷酸铵(APP)膨胀阻燃体系,对其阻燃性能进行了比较和研究,并分析了蒙脱土与膨胀阻燃剂协效作用的机理。热重分析(TGA)、垂直燃烧(UL-94)、极限氧指数(LOI)、锥形量热计结果表明:APP/季戊四醇(PER)体系熔融过程较短可形成蒙脱土增强炭层;PER/PA/OMT体系中较高的有机物含量有利于蒙脱土迁移和堆积。

蒙脱土改性聚乙烯复合材料的高场介电性能研究

利用熔融插层法制备了聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料,研究蒙脱土对聚乙烯介电性能的影响。研究分析了纯聚乙烯和不同的聚乙烯/蒙脱土复合材料的树枝化性能,通过直流预电应力电树引发试验,探讨了空间电荷的极性效应对不同材料树枝化性能的影响。试验结果表明:与纯聚乙烯和其他复合材料相比,加入相容剂的聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的电树潜伏期更长,电树生长速度更慢,而且显示出与LDPE不同的极性效应。不同材料的热激电流(TSC)试验结果显示:聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的松弛时间分布展宽,峰值增高,说明在纳米复合材料中引入了更多的陷阱能级,这些陷阱调制了载流子浓度和迁移率,从而抑制了树枝的起始与生长。

聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的电老化性能

通过试验分析了未老化和老化后纯聚乙烯和不同的聚乙烯／蒙脱土复合材料的绝缘电阻率ρv、介质损耗角正切tanδ以及击穿场强EB的性能．结果表明：聚乙烯／蒙脱土复合材料试样的tanδ温度关系与极性电介质的损耗特性相似，且试样绝缘电阻率于50～60℃温度范围内明显高于LDPE值．在电老化之前后，加入相容剂材料试样的击穿场强比LDPE试样约分别高7％、18％．热激电流（TSC）试验中，发现聚乙烯／蒙脱土纳米复合材料试样的松弛时间分布展宽，峰值增高．这是由于复合材料中引入的更多陷阱能级，调制了载流子浓度和迁移率，改善了材料的耐电老化性能．