聚乙烯/木材复合材料的性能研究

聚乙烯/木材复合材料(PE/WPC)是一种绿色环保的新型复合材料,研究和应用广泛。由于组成材料本身的缺陷以及相容性等问题的存在,使得PE/WPC的室内外使用性能并没有那么理想,对此,国内外科研工作者们做出了大量的工作,试图改进PE/WPC的各方面性能。介绍了近年来对于PE/WPC的力学性能、吸水性能、热稳定性、阻燃性能以及耐久耐候性方面改进的一些方法以及研究进展,对PE/WPC的性能改进研究进行了简单的论述,也为将来PE/WPC性能的继续优化提供了可参考的理论依据。

改性剂对高密度聚乙烯复合材料的性能研究

采用回收的牡蛎壳经高温煅烧改性后为增强填料,马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)为改性剂与高密度聚乙烯采用熔融共混法制备了纳米复合材料。使用电子万能拉力机、X射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对复合材料的结构、形貌和结晶性能进行了表征。探究了改性剂以及牡蛎壳粉含量对高密度聚乙烯复合材料综合性能的影响。结果表明:煅烧后的牡蛎壳粉可以提升复合材料的力学性能,且改性剂可以很好改善牡蛎壳粉与高密度聚乙烯之间的相容性,当牡蛎壳粉的质量含量为1%时,复合材料的综合性能最好。

玄武岩纤维增强高密度聚乙烯复合材料的制备与性能研究

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体、玄武岩纤维(BF)为增强材料,通过熔融共混、注塑成型制备了HDPE/BF复合材料,对比研究了未改性和硅烷偶联剂KH550改性对复合材料性能的影响,探究了不同BF含量对复合材料的热稳定性、导热性、加工流动性和力学性能的影响。结果表明:改性BF表面存在KH550分子,含改性BF的复合材料的各项性能均优于含未改性BF的复合材料;含10 wt%改性BF的复合材料使其流动速率提高了约65%,改性BF使HDPE的熔融温度最大提高了约3℃,但大幅降低了HDPE的结晶性能;含30 wt%改性BF的复合材料导热系数为0.3642 w/mK,比纯HDPE提高了17%。改性BF可以有效提高复合材料的力学性,尤其是15%含量时缺口冲击强度提升了65%。未改性BF对HDPE性能也有提高,但提升幅度均低于改性BF。

双等离子体改性超高分子量聚乙烯复合材料的弹道响应

为揭示双等离子体改性对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料冲击性能的影响,采用真空辅助树脂灌注成型技术(VARI)制成UHMWPE复合材料,借助原子力显微镜等手段对改性前后的纤维表面进行观测,探究复合材料在低速及高速冲击时的抗冲击性能以及防弹机制。低速冲击载荷作为响应值构筑响应曲面模型,高速摄影机捕捉子弹侵彻改性前后复合材料的过程,分析板材的吸能情况并对侵彻后的试样进行表面观测。结果表明:未改性板材通过各层振荡式波动以形成严重分层来耗散能量;改性后的材料能有效地包覆住子弹,背弹面表层纤维呈现原纤化,断口处出现树脂大量富集,阻抗作用增强,吸能值较未改性材料提高45.59%。

海藻酸钠-聚乙烯包覆贝得石复合材料(SA-Bd@PE)去除低浓度铀酰试验研究

针对低浓度含铀废水的处理效果不理想、成本较高的问题,采用天然吸附材料并转化聚乙烯(PE)的能量来提高材料对铀酰(UO_(2)^(2+))的吸附能力。以贝得石(Bd)、海藻酸钠(SA)和PE为原料,通过交联法制备SA-Bd@PE,采用XRD、FTIR、Raman光谱、SEM和Zeta电位等分析手段对SA-Bd@PE进行表征,并对所制备的SA-Bd@PE复合材料进行吸附试验,结果表明:Bd结构发生了坍塌,SA表面更加粗糙,PE的加入使得材料结构变得松散,孔洞增多,且分散性更好;SA-Bd@PE_(10)比SA-Bd@PE_(0)的吸附性能更好,其对UO_(2)^(2+)的最大吸附量为49.71 mg/g;最佳吸附pH为5.0;吸附行为与Pseudo-second-order动力学模型和Langmuir等温吸附模型的拟合度均高达0.99,表明该吸附属于表面单层化学吸附。

碳化硼/铅/聚乙烯复合材料的热稳定性及屏蔽性能

制备了质量分数3%、4%、5%及6%碳化硼以和不同厚度的碳化硼/铅/聚乙烯复合材料,并对碳化硼/铅/聚乙烯复合材料的热稳定性和屏蔽性能进行了研究。经测试可知:当不同试样处于同一厚度时,添加质量分数6%碳化硼复合材料的高温基础性能较好;热重测试表明,该试样的质量损失较低,有效保持了其基础性能。同时,添加质量分数为6%碳化硼的复合材料的应用效果最佳,具有较好的粒子屏蔽性能。该结果为碳化硼/铅/聚乙烯复合材料的制备和性能评估提供了可靠的依据。

改性纳米氧化镁交联聚乙烯复合材料的制备及其电气性能研究

为提高交联聚乙烯(PE-XL)绝缘性能,以聚乙烯(PE)为基体,以改性后的MgO(MgO-NH_(2))为填料进行复配交联制备了PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料,对其热老化前后的电绝缘性能进行了研究,并与未改性的MgO交联聚乙烯复合材料(PE-XL/MgO)进行了对比研究。通过直流击穿强度、空间电荷和直流电导率来研究复合材料的绝缘性能。与未老化PE-XL/MgO相比,未老化PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料的直流击穿强度提高了20%,异质空间电荷积累可以忽略不计。热老化后,PE-XL/MgO和PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料的直流击穿强度分别较热老化前降低了38%和20%。此外,将MgO表面改性后制备的PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料比PE-XL/MgO具有更低的直流电导率。PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料在未老化条件下表现出较好的性能,且对热老化可能引起的劣化表现出更强的抑制作用。

基于分子动力学方法的石墨烯/聚乙烯复合材料界面剪切力学性能的研究

采用分子动力学模拟的方法进行石墨烯/聚乙烯复合材料界面剪切力学性能的研究。首先建立石墨烯/聚乙烯复合材料分子动力学模拟计算的模型,然后在300 K温度下对石墨烯进行了拉拔模拟实验,探讨石墨烯倾斜角度和层数对复合材料界面剪切力学性能的影响。模拟计算结果表明,在拔出速率为0.001 nm/fs的情况下,石墨烯25°倾斜角模型的界面剪切强度最大,比0°倾斜角模型界面剪切强度增加了39.8%,可见石墨烯倾斜角对界面剪切强度有较大的影响。在拔出速率为0.001 nm/fs和石墨烯0°倾斜角的情况下,单层、双层和三层石墨烯的聚乙烯复合材料模型的界面剪应力最大值分别为89.20、114.21和129.28 MPa,显然增加石墨烯层数能显著提高复合材料的界面剪切性能。当拔出速率为0.0005 nm/fs时,单层、双层和三层石墨烯的聚乙烯复合材料模型的剪切强度值比较接近,随着速率增加到0.001 nm/fs,三层模型剪切强度增强最大,双层模型次之,单层模型最小,然而速率超过0.001 nm/fs之后,单层模型剪切强度几乎线性增强,双层和三层模型剪切强度增强的幅度均比单层模型小,这说明拔出速率的增加使得复合材料的界面剪切强度呈现较大的提高。

长玻纤/高密度聚乙烯复合材料的制备

以N406作为偶联剂,向双螺杆挤出机中连续加入玻璃纤维(玻纤GF),再经剪切、混合工艺,共混制备了长玻纤增强高密度聚乙烯(HDPE)复合材料。采用万能拉伸测试仪、冲击强度测试仪和熔体流动速率(MFR)测试仪,测试了复合材料的力学性能和流动性能;采用差式扫描量热仪(DSC)表征了复合材料的结晶温度、熔融温度;用热失重分析仪(TG)测量了复合材料的玻纤含量。研究结果表明,N406的用量对HDPE的拉伸强度的影响不大,但对冲击强度和MFR的影响较明显。偶联剂用量为8%时,相较未用偶联剂的长玻纤,增强HDPE复合材料的冲击强度提高了64.34%,MFR降低了40.07%。随着玻纤含量增加,拉伸强度、冲击强度升高,MFR降低;HDPE的结晶温度降低,熔融温度增加。玻纤含量为31.26%的复合材料,拉伸强度达到62.88MPa,较纯HDPE提高了180.97%。

紫外光照对氮化硼/碳纳米管/聚乙烯醇缩丁醛复合材料导热性能的影响

以PVB为基底,碳纳米管和氮化硼为填料,采用溶液共混法制备成复合材料,并针对波长范围、照射时长和辐照强度3种影响因素,开展了人工紫外照射实验,通过瞬态电热技术测量了不同波长、不同照射时长和不同辐照强度下复合材料的热扩散系数和导热系数。结果表明,氮化硼/碳纳米管/聚乙烯醇缩丁醛复合材料对波长为340 nm的光照射线更为敏感,且随着照射时间的增长或者辐照强度的增大,材料内部结构会发生断裂和降解,使得其热扩散系数呈不断下降的趋势。

不同碱料比活化的木质素生物炭对木质素生物炭/高密度聚乙烯复合材料性能的影响

以木质素为前驱体、氢氧化钾(KOH)为活化剂,利用热解法制备了不同碱料比(KOH与木质素的质量比)的木质素生物炭(LBC),并以LBC为填料、高密度聚乙烯(HDPE)为基体,采用开炼-热压的工艺制备了LBC/HDPE复合材料,对LBC进行了官能团和孔结构表征,对LBC/HDPE进行了性能测试。高温炭化后的LBC极性官能团减少,低碱料比时,LBC主要发生微孔造孔行为,高碱料比时,造孔行为进一步加强,且会发生微孔发展成介孔或大孔的扩孔行为,碱料比为5∶1时制备的LBC的比表面积和孔体积最大,分别达到1835.48 m^(2)/g和1.34 cm^(3)/g。随着碱料比的提高,LBC在HDPE中的分散性和相容性得到改善,复合材料的界面微相分离现象减弱,当碱料比为3∶1时,LBC3/HDPE复合材料的综合力学性能较优,拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为29.11 MPa、27.87 MPa和7.11 kJ/m^(2)。LBC的加入,可提高复合材料的热稳定性,同时使复合材料的储能模量和损耗模量增加。

改性α-磷酸锆/超高分子量聚乙烯复合材料的制备及摩擦磨损性能

超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)是一种力学性能优良的自润滑高分子材料,但其耐磨粒磨损较差,磨损率大。采用改性二维α-磷酸锆(α-ZrP)填充以期改善PE-UHMW复合材料的摩擦磨损性能。首先采用三羟甲基氨基甲烷对α-ZrP进行插层剥离,然后用乙烯基三乙氧基硅烷对α-ZrP进行表面接枝修饰改性,以提高α-ZrP与PE-UHMW基体间的界面相互作用。对改性前后的α-ZrP进行了结构表征,结果表明α-ZrP表面接枝修饰成功并制备出改性α-ZrP(G-ZrP)。测试了不同G-ZrP含量的G-ZrP/PE-UHMW复合材料试样的摩擦磨损性能。结果表明,G-ZrP与PE-UHMW基体之间形成锚定黏结结构。当G-ZrP质量分数为2%时,G-ZrP/PE-UHMW复合材料试样的摩擦系数和磨损率分别为0.1720和3.594×10^(-6) mm^(3)/(N·m),分别比纯PE-UHMW试样降低约9.0%和47.1%;磨痕深度为2μm左右,磨痕最浅,相比纯PE-UHMW样品(磨痕深度8μm左右)减少了约75%。在复合材料的摩擦过程中,G-ZrP在摩擦表面积聚产生了良好的自润滑介层作用,不仅有助于降低摩擦副间的直接接触,还能通过层间滑动降低摩擦系数。同时,表面乙烯基三乙氧基硅烷分子链之间的氢键作用以及与PE-UHMW分子链之间的锚定黏结结构,有助于滑动摩擦过程中的载荷转换,又能降低复合材料摩擦表面的变形和撕裂,减少了复合材料的磨损量,有效地改善PE-UHMW的摩擦磨损性能。

玄武岩纤维/玄武岩颗粒增强高密度聚乙烯复合材料性能

玄武岩纤维(BF)和玄武岩颗粒(BP)增强高密度聚乙烯(PE-HD)力学性能优良,特别是硬度较高,用于防白蚁高压电缆护套的制造。首先利用硅烷偶联剂KH550对BF和BP进行表面改性,然后利用转矩流变仪熔融共混BP、BF和PE-HD,最后通过微型注塑机制备不同填料含量的PE-HD/BF/BP复合材料。通过扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、同步热分析仪、万能试验机、动态力学性能分析仪、邵氏硬度计、流变仪等研究复合材料的形态、力学性能、结晶性能、热稳定性能及流变性能等。结果表明,与PE-HD相比,BF和BP填料的引入显著增强了PE-HD/BF/BP复合材料的力学性能和热稳定性能,当BF含量为20份,BP含量为10份时(BF20BP10),复合材料的力学性能最优,拉伸强度和拉伸弹性模量分别为47.51 MPa和3331.39 MPa,分别增加了41.7%和211%,硬度达到70.2HD,明显超出防白蚁电缆对硬度的要求,即大于65HD,因此具有更优异的防白蚁啃食性能。与其它配方相比,BF20BP10复合材料具有较高的结晶度、储能模量,较小的损耗因子。因此,PE-HD/BF/BP复合材料的最优配方为BF含量20份,BP含量10份,制备获得的样品具有优异的硬度、良好的热稳定性和流变性能,有望在电缆护套材料领域得到广泛的应用。

纳米二氧化硅交联聚乙烯复合材料的制备及其绝缘性能研究

交联聚乙烯(XLPE)是一种广泛应用于中高压电缆导体部分绝缘的主体聚合物,可用于地下配电系统和输电电缆的绝缘。然而,由于连续载荷、热应力、电应力和机械应力的作用,交联聚乙烯的化学成分和形态会发生变化,从而导致失效。在XLPE基体中引入纳米二氧化硅以期提高XLPE的绝缘性能。通过在XLPE基体中添加不同量的二氧化硅纳米填料,研究二氧化硅纳米填料对XLPE的局部放电强度和介电击穿强度的影响。结果表明:添加质量分数1%二氧化硅纳米填料的XLPE纳米复合材料与其他复合材料相比,最大局部放电值最低。当二氧化硅纳米填料的分散量为1%(质量分数)时,交联聚乙烯的介电击穿强度显著提高。然而,当纳米填料质量分数提高为3%和5%时,趋势趋于饱和,变化不显著。

超高分子量聚乙烯双抗复合材料在顺槽转载机中的应用

介绍了超高分子量聚乙烯双抗复合材料在煤矿用顺槽转载机上的应用,并对其关键部件进行力学分析,通过理论分析和试验验证,提出超高分子量聚乙烯双抗复合材料在煤矿用顺槽转载机上的应用的局限性和适用性,为超高分子量聚乙烯复合材料在煤矿机电设备上的应用提供借鉴。

不同聚乙烯基塑木复合材料的性能

采用注塑工艺制备高密度聚乙烯(HDPE)基、低密度聚乙烯(LDPE)基及HDPE、LDPE混合基塑木复合材料(WPC),同时制备了纯HDPE及LDPE试样,对比研究了不同试样的吸水率、吸水尺寸稳定性、受热尺寸稳定性、耐冷热循环性、抗低温冻融性及抗冲击性能。结果表明,纯塑料的吸水率及吸水后尺寸变化率均较低,但是,受热后正反面尺寸变化相差较大,冷热循环后尺寸变化较大;当形成WPC后,试样的吸水率及吸水后尺寸变化率显著升高,其中,HDPE与LDPE混合基体的WPC的吸水率最高,其值为1.57%,宽度和厚度尺寸变化率分别为0.11%和1.08%;受热后,正反面尺寸变化率差值减小,耐冷热循环能力得到显著提升;HDPE及其WPC的弯曲强度与LDPE及其WPC相比较高,但是,后者的抗冻融性能及抗冲击性能与前者相比较好。

短切芳纶对生物炭/线型低密度聚乙烯复合材料性能的影响

生物炭复合材料因其良好的性能备受关注,但较差的抗冲击性能限制了其更进一步的应用。文中以短切芳纶、生物炭和线型低密度聚乙烯(LLDPE)为原料采用注塑工艺制备复合材料,探究了短切芳纶对生物炭/LLDPE复合材料性质与性能的影响规律。结果表明,短切芳纶的添加没有改变生物炭/LLDPE复合材料的晶面结构,短切芳纶、生物炭与LLDPE之间具有较好的界面相容性。短切芳纶增大了复合材料的热失重速率峰温,提高了复合材料的热稳定性、耐热性与结晶度。生物炭/LLDPE复合材料具有较佳的力学性能,其弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和拉伸模量分别为14.28 MPa,0.64 GPa,12.02 MPa和0.25 GPa。短切芳纶的添加降低了复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量、抗蠕变强度和抗应力松弛能力,但是提高了复合材料的刚度、弹性尤其是韧性,复合材料的抗冲击强度最高可达9.40 kJ/m^(2)。制备的复合材料克服了生物炭复合材料的脆性缺陷,对于进一步拓宽生物炭复合材料的应用范围具有重要意义。

不同循环加载路径下黄麻织物/聚乙烯复合材料的变形特性

为深入研究复杂受力条件下纤维增强热塑性复合材料的力学行为特性,采用热压法制备黄麻织物/聚乙烯复合材料,分别对其在循环加载、逐级递增循环加载以及逐级递减循环加载路径下的变形特性进行了实验研究,分析了累积应变、各次循环应变以及应变回复系数的变化规律,并探讨了变形机制。结果表明:黄麻织物/聚乙烯复合材料的变形特性不仅受循环峰值应力的影响,同时还与循环加载路径密切相关;在分别循环加载和逐级递增循环加载路径下,该热塑性复合材料在各级加载阶段均表现出循环软化特性;在逐级递减循环加载路径下,复合材料在首级加载阶段亦表现出循环软化特性,但在后续加载阶段均表现出循环硬化特性。

改性牡蛎壳粉/高密度聚乙烯纳米复合材料的制备及其性能研究

将牡蛎壳进行回收,采用高温煅烧改性后与高密度聚乙烯采用熔融共混法制备了纳米复合材料。使用FTIR、XRD、SEM和TG对复合材料的结构、形貌和耐热性能进行了表征,并研究了改性后牡蛎壳粉对高密度聚乙烯性能的影响。结果表明,改性后的牡蛎壳粉可以提升高密度聚乙烯纳米复合材料的综合性能。当改性后牡蛎壳粉的含量为1%时,纳米复合材料的综合性能最好。

乙烯-丙烯酸共聚物改性环氧树脂/UHMWPE纤维复合材料的制备与性能研究

使用乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)与环氧树脂复配作为基体,利用水基乳液浸渍超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维制备了复合材料,通过在树脂浸润性、树脂耐热性能、复合材料力学性能、界面结合情况以及微观形貌等方面的测试表征,对比了不同EAA含量的基体树脂对UHMWPE纤维复合材料性能的影响。结果表明,EAA与环氧树脂质量比为25∶75的共混体系一方面可发挥EAA组分与UHMWPE纤维间亲和力强的优势,另一方面还能凭借环氧树脂的刚性交联网络保持较高的耐热性能,体系的层间剪切强度达到8.7 MPa,在60℃下弯曲强度保持率接近80%,表现出优异的综合性能。