EG/DMMP复合改性聚氨酯注浆材料的制备与性能研究

聚氨酯注浆材料固化速度可控、化学稳定性和耐久性良好,被广泛用于煤矿井下堵漏水和破碎煤岩体加固。但聚氨酯注浆材料存在反应蓄热温度高、导热性能差、阻燃性能差等不足,极大地限制了聚氯酯注浆材料在煤矿中的应用。通过复配聚醚多元醇N303和N210并优化制备工艺和两者配比,制备低蓄热的双醚型聚氨酯(DPU)注浆材料,同时将可膨胀石墨(EG)和甲基膦酸二甲酯(DMMP)添加到DPU中制备得到复合改性EG/DMMP/DPU注浆材料,研究不同填充量的EG、DMMP对DPU注浆材料最高反应温度、流动性能、阻燃性能、力学性能的影响。结果表明:当聚醚多元醇N303与N210质量配比为8∶2、复配填料EG和DMMP的添加量均为1wt%时,EG/DMMP/DPU注浆复合材料的综合性能最佳;与纯DPU注浆材料相比,EG/DMMP/DPU注浆复合材料最高反应温度下降了36.1%,黏度降低了33.2%,最大热释放速率峰值(pHRR)和CO释放速率峰值(pCOP)分别降低了35.0%和33.6%,并且其力学性能优于《聚氨酯灌浆材料》(JC/T2041—2020)标准的基本要求。

增强体表面改性在高导热金属基复合材料中的应用

随着电子技术的高速发展和电子器件的更新换代,电子封装材料的性能需求越来越高。金属基复合材料,尤其是铝基和铜基复合材料具有高导热、低膨胀、高稳定性等特点,是具有广阔应用前景的电子封装材料。然而,金刚石、石墨烯、硅等增强体与基体的润湿性差,或者在高温下与基体发生有害的界面反应,限制了此类高导热金属基复合材料的开发和应用。本文简述了金属基复合材料的界面研究进展,结合影响金属基复合材料界面结合的因素,提出了几种改善界面结合的方法。增强体表面改性是改善金属基复合材料界面的重要途径之一,常用工艺有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、化学镀法等;最后,对增强体表面改性在高热导金属基复合材料中的应用进行分析和展望。

石蜡/碱改性硅藻土/膨胀石墨复合相变储热材料的制备及性能

通过碱处理,优化了硅藻土(DIA)的孔隙结构,提高了孔隙率,增加了石蜡(paraffin)负载量。通过直接浸渍法制备了新型性状稳定的石蜡/碱改性DIA/膨胀石墨(EG-alDIAP)复合材料,并研究了其结构与性能的关系。结果表明,复合相变材料的石蜡负载量从47.4%提高到了61.1%,进而提高了复合材料的储热性能;向改性DIA中添加膨胀石墨(EG)提高了复合材料的传热能力,添加质量分数10%EG时导热系数提高了113%(从0.276 W·m^(-1)·K^(-1)提高到了0.589 W·m^(-1)·K^(-1))。随着EG含量的升高,复合相变材料的相变潜热有所增加,但化学相容性、稳定性等无明显变化。含10%EG的石蜡/碱改性DIA复合材料具有可靠的储能性能、良好的温度调节性能和蓄放热能力。

改性碳纤维-MoS_(2)复合涂层的高温摩擦学性能研究

为了改善高温下固体润滑复合涂层的稳定性,选择经过化学改性的纳米碳纤维对MoS_(2)涂料进行性能优化,制备添加不同比例的改性粉末的涂料.通过对粉末进行XPS、红外和形貌分析,表明碳纤维已经改性.借助CFT-I型高速往复摩擦磨损试验机分别在不同温度条件下进行摩擦试验,利用超景深显微系统对不同条件涂层表面磨损的形貌进行观测,对磨损机理进行分析,探究添加量的最优比例.试验结果表明:在试验温度分别为20、50和100℃时,添加质量分数1.5%CF-GO(氧化石墨烯改性碳纤维)涂料制备的涂层耐磨性能均优于其他的添加比例的涂层.在干摩擦5 N载荷,试验温度为200℃时,添加质量分数1.5%CF-GO的涂层比未改性的涂层的磨痕深度、宽度分别减少66.1%、29.2%,涂层的耐磨性能有了很大的提高,进一步采用扫描电子显微镜(SEM)分析涂层的内部形貌可知,添加质量分数1.5%的CF-GO时,涂层内部形成清晰的网状结构,从而使得该比例下的涂层同时具有抗高温变形、耐磨以及耐热等优异的性能.

麻纤维增强改性环氧树脂复合材料声学性能研究

为验证麻纤维增强改性环氧树脂复合材料的声学性能,探讨植物纤维改性材料制备某类乐器的可行性,以亚麻、黄麻、苎麻等麻纤维材料为例,制备了几种不同麻纤维增强改性环氧树脂材料,以增强改性环氧树脂材料代替木材制作打击乐器,采用自由振动方法对打击乐器的声学性能进行测试。结果表明:黄麻、苎麻增强改性后的环氧树脂基复合材料声学性能各占优势,与一般的枫木相比力学性能更好,但综合声学性能尚无法达到天然枫木的水平。

硅烷偶联剂改性的短切玄武岩纤维增强三元乙丙橡胶复合材料的研究

将玄武岩纤维(BF)用硅烷偶联剂KH570改性后,制备了玄武岩纤维增强三元乙丙橡胶(E-BF7)复合材料,研究了玄武岩纤维用量对复合材料力学性能、热稳定性、动态热力学性能、耐水性能以及耐化学液体性能的影响。结果表明:与未加纤维的三元乙丙橡胶相比,添加15份KH570改性的玄武岩纤维BF7得到的三元乙丙橡胶复合材料E-BF7-15,拥有更好的综合性能。其拉伸强度从12.49MPa提高到14.50MPa,提高了16.1%,撕裂强度从41.47MPa提高到51.67MPa,提高了24.6%,其耐水性和耐化学液体性能也得到明显提升。

玄武岩纤维纳米改性对增强环氧复合材料绝缘与力学性能的影响

使用纳米氧化铝对玄武岩纤维进行表面改性,采用层压法制造改性玄武岩纤维/环氧树脂复合材料(BFRP),并研究纳米Al_(2)O_(3)含量对改性复合材料绝缘与力学性能的影响。结果表明:质量分数为1.0%的纳米Al_(2)O_(3)改性的玄武岩纤维复合材料(1.0K-BFRP)界面改性效果最佳。与未改性的复合材料相比,1.0K-BFRP的介质损耗因数降低了38.13%,沿面闪络电压提高了42.96%,击穿电压提高了33.96%,表现出更加优越的绝缘性能;拉伸强度、弯曲强度、层间剪切强度分别提高了26.46%、48.19%、66.06%,玻璃化转变温度提高了4.49℃。

复合改性碱渣的制备及其吸附磷研究

为了降低农业磷肥成本以及防止水环境富营养化,需要对水中磷进行处理。以碱渣为主要原料,用氢氧化钠和十二烷基硫酸钠通过煮沸、振荡等方式制备一种改性吸附材料,并将其用于模拟废水中磷的去除。通过批量吸附实验考察吸附剂用量、溶液pH、污染物初始质量浓度及吸附时间等参数对磷去除的影响。通过等温吸附模型、动力学模型以及热力学模型研究其吸附行为,并利用XRF、XRD、SEM-EDS、FTIR及BET探索吸附机理。结果表明,在磷质量浓度20 mg/L、复合改性碱渣用量0.55 g/L、pH 6、吸附时间30 min、温度25℃的条件下,溶液中磷的最大去除率为98.05%,吸附容量为44.12 mg/g;该吸附剂对磷的吸附符合Langmiur等温吸附模型,表明吸附材料对磷的吸附过程主要为单分子层的化学吸附。

MoO_(2)/ZnS复合材料改性隔膜实现锂硫电池稳定的高倍率性能

锂硫电池由于其高能量密度、低成本效益被认为是最有前途的下一代电池体系之一.然而多硫化物的穿梭效应大幅降低了锂硫电池的循环稳定性和寿命,严重阻碍其实际应用.无机金属化合物材料改性的隔膜不仅能抑制多硫化锂(LiPS)的穿梭效应,其部分特殊的晶面还能加速多硫化物的氧化还原反应动力学.本文在罗盘状ZnS表面原位生长球状的MoO_(2),制备MoO_(2)/ZnS复合材料.MoO_(2)对多硫化物有着较强的吸附作用,ZnS有着良好的电导率,两者的复合可加速电子传导效率和氧化还原速率.以所制备的MoO_(2)/ZnS作为隔膜改性材料,锂硫电池在5 C的大电流密度下,经过1000次循环后仍可以保持690 mAh g^(-1)的放电比容量,平均每圈的容量衰减率仅为0.014%,表现出优异的循环性能和倍率性能.

改性羧甲基纤维素复合膜的制备及其对蓝莓保鲜性能的研究

以提取的玉米秸秆纤维素为原料制备羧甲基纤维素,在其中添加甘油和不同浓度的AgNO_(3)后制得改性复合膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)、傅里叶红外光谱(FT-IR)对改性复合膜进行结构和形貌表征,结果表明:改性复合膜质地均匀,部分Ag^(+)以单质银的形式与膜中的成分相互作用,膜热稳定性良好,满足保鲜材料要求。改性复合膜对大肠杆菌(E.coli)及白色葡萄球菌(S.albus)的抑制情况进一步证明了其中存在单质Ag粒子,对S.albus的抑制能力更强。用改性复合膜包裹蓝莓,存储10 d后的失重率低于7%、颜色几乎没有变化;可溶性固形物损失小于3%、可滴定酸下降不明显,当加入1 mL 0.01 mol/LAgNO_(3)时,改性复合膜的保鲜性能相对较好。

可控ZnO阵列改性碳织物复合材料的制备及摩擦学性能研究

碳纤维表面光滑且具有惰性,削弱了其与树脂的界面黏结,进而限制了碳织物/树脂复合材料的应用前景。基于界面工程技术,采用预埋晶种层的方式诱导ZnO微纳米阵列在碳纤维表面均匀生长,并通过改变晶种层溶度优化ZnO阵列的形貌和分布,以强化纤维/基体的界面,从而提升复合材料的力学强度和摩擦学性能。结果表明:通过对纤维表面形貌分析,晶种层浓度对ZnO微纳米阵列形貌和分布有较大的影响;当浓度为15mmol/L时,均匀且细化的ZnO阵列生长在碳纤维表面,使纤维的表面能大幅度提高,促进了树脂充分浸润,提高了力学强度;与原始复合材料相比,改性复合材料的磨损率降低了约35%,表明ZnO阵列的引入能够明显提高复合材料的耐磨性。

复合多聚磷酸改性沥青混合料动态力学性能

为研究多聚磷酸(polyphosphoric acid,PPA)+SBS复合改性沥青混合料的动态力学性能,采用单轴压缩动态模量试验,分析温度和频率对动态模量和相位角的影响,并基于改进Havriliak-Negam(i HN)模型构建动态模量和相位角主曲线,同时与SBS改性沥青混合料相对比。结果表明:2种沥青混合料动态模量和相位角随温度和频率的变化呈现相同的趋势,HN模型可准确拟合2种沥青混合料的动态模量和相位角主曲线。相较于SBS改性沥青混合料,PPA+SBS复合改性沥青混合料的相位角在-10、20、50℃时均降低,而动态模量在-10℃时降低,20℃时变化较小,50℃时增加;较宽频域范围内,PPA+SBS复合改性沥青混合料在高温低频下动态模量变大,相位角变小,在低温高频下动态模量变小,相位角变化不大;PPA+SBS复合改性沥青混合料具有更优的动态力学性能。

ZDMA改性Si_(3)N_(4)制备ZDMA@Si_(3)N_(4)/EPDM复合材料及性能研究

以羧酸锌盐二甲基丙烯酸锌(ZDMA)为改性剂,湿法改性处理陶瓷纳米氮化硅粉体(n-Si_(3)N_(4)),制备ZDMA@Si_(3)N_(4)/EPDM复合材料,研究ZDMA@Si_(3)N_(4)对复合材料力学性能、耐磨性能及耐油性能的影响。实验结果表明,ZDMA对Si_(3)N_(4)具有很好的表面有机化改性效果,改善了其在EPDM基体中的分散性,同时结构中不饱和键与橡胶大分子链形成共硫化,有效提高了复合材料的交联密度和极性,二者具有良好的协同作用。当ZDMA@Si_(3)N_(4)添加量为15 phr时,ZDMA@Si_(3)N_(4)/EPDM复合材料的拉伸强度和撕裂强度分别提高24.2%和42.8%,阿克隆磨耗磨损体积由0.52 cm^(3)/1.6 km降低至0.14 cm^(3)/1.6 km,100℃*70 h耐热油质量变化率由102%降至87%。

用于常温氢氧复合的新型Pt/疏水改性陶瓷催化剂

常温氢氧复合反应由于安全性高且能耗低,在核工业除氚、消氢等领域有重要应用,其得以实现的关键为制得性能优异的疏水催化剂。为获得稳定性优且兼具高催化活性的疏水催化剂,本研究制备了新型Pt/疏水改性陶瓷催化剂。陶瓷载体通过构筑CeO2表面粗糙结构,结合涂覆低表面能十三氟辛基三甲氧基硅烷(PFOTMS)进行疏水改性,而后经浸渍-气相还原制得疏水催化剂。结果表明,与常规仅涂覆低表面能材料对陶瓷载体进行疏水改性相比,新型疏水结构的构筑不仅可使疏水催化剂获得更优的疏水性,还可进一步提升催化剂的催化活性及稳定性。制得的新型Pt/疏水改性陶瓷催化剂在480 min反应时长内,氢氧复合效率可维持在99.5%。

基于响应曲面法的WER-SBR复合改性乳化沥青性能研究

为了定量分析水性环氧树脂(WER)和丁苯橡胶乳液(SBR)对乳化沥青性能的影响,并优化其配合比设计。基于响应曲面法设计了三因素三水平正交试验并以WER掺量、SBR掺量及固化温度为试验变量,以三大指标、车辙因子以及S/m值作为响应指标,利用Box-Behnken模型进行WER-SBR复合改性乳化沥青试验设计,并对试验结果进行回归分析。结果表明:WER能显著提高乳化沥青的高温性能,而低温性能的改善主要得益于SBR的低温柔韧性,固化温度对各响应指标的影响均呈现先增加后减小的变化趋势;当WER掺量为16%,SBR掺量为4%,固化温度为70℃时综合性能最优,其三大指标均满足规范值,高低温性能均优于单一改性乳化沥青和基质乳化沥青;实际试验值与预测值误差均不超过1%,表明改性剂掺量及固化条件可以利用响应曲面法进行设计、优化、预测,且结果具有一定的可靠度。

TPU/Nano-ZnO复合改性沥青的性能研究及微观机制

为促进聚合物/纳米改性沥青在耐久性路面中的应用,在实验室将不同掺量的聚氨酯及纳米氧化锌添加到A-70#基质沥青中制备了复合改性沥青。采用传统物理性能试验、动态剪切流变试验(DSR)、弯曲梁流变试验(BBR)研究了其物理性能与流变特性,基于响应面法的优化设计来明确两种改性剂的最佳掺量。借助傅里叶红外光谱试验(FTIR)对其微观改性机理进行探讨。采用高压紫外汞灯环境箱对改性沥青进行不同时间的紫外老化,分析其抗紫外老化能力,并基于主成分分析法评价了老化性能测试指标的显著性。结果表明:聚氨酯与纳米氧化锌的共同作用提高了基质沥青的高温稳定性及低温抗裂性,两种改性剂的最佳掺量分别为5%、3%。根据FTIR结果,复合改性沥青的改性过程既存在物理共混,又有化学加成反应。聚氨酯及纳米氧化锌的加入在基质沥青紫外老化过程中能够抑制羰基、亚砜基等极性基团的生成,复数剪切模量、羰基指数、劲度模量及亚砜基指数对沥青紫外老化性能的影响最为显著。

聚氨酯/纳米ZnO复合改性沥青及其混合料性能研究

为提升沥青路面的路用性能,选用聚氨酯、纳米ZnO和基质沥青制备聚氨酯/纳米ZnO复合改性沥青。以针入度、软化点、延度和135℃运动黏度为评价指标,研究改性剂对沥青性能的影响,采用软化点差值评价储存稳定性,并制备3种复合改性沥青AC-13C混合料进行车辙试验、小梁弯曲试验和浸水马歇尔试验,研究改性沥青混合料的性能。结果表明,聚氨酯和纳米ZnO的掺入能显著改善基质沥青的高低温性能,且储存稳定性符合规范要求。复合改性沥青混合料能够满足沥青路面的路用性能,5%聚氨酯复配3%纳米ZnO掺量的改性沥青混合料改善高温性能和水稳性能效果最好,与基质沥青混合料相比其动稳定度提高了2.32倍,残留稳定度上升了9.0%,最大弯拉应变(-10℃)提升了8.3%。综合考虑路用性能改善效果,推荐选用5%聚氨酯复配3%纳米ZnO为复合改性沥青及其混合料的最佳掺量。

改性芳纶短纤维增强氯丁橡胶/顺丁橡胶复合材料的实验研究

采用等离子体/油酸钾协同处理对芳纶纤维进行改性,并研究了改性芳纶纤维对氯丁橡胶/顺丁橡胶并用胶的增强作用。结果表明,等离子体的高能冲击使芳纶纤维的表面粗糙度增大,增加了芳纶纤维的表面积,并在芳纶纤维表面引入活性位点;油酸钾改性促进了芳纶纤维极性的削弱及其与橡胶的界面结合;经过等离子体/油酸钾协同处理的改性芳纶纤维增强后,橡胶复合材料的拉伸强度提高了25.85%,定伸模量提高了34.65%,刚度提高了10.96%,在正硫化时间(t90)未改变的情况下,焦烧时间(t10)下降。

复合改性沸石的制备及其在氨氮废水处理中的试验分析

含氮废水的排放会导致藻类大量生长,氨氮的处理对防止水体富营养化尤为重要,氨氮废水中的氮主要以游离氮(NH3)和氨离子(NH4+)的形式存在。天然沸石作为一种废水中常用的水处理剂,广泛应用于废水处理中的脱氮、除磷和去除有机污染物,在废水处理领域具有比较广阔的应用前景。文章研究了以天然沸石为载体,通过无机盐(NaCl溶液)+高温加热复合改性后并制成颗粒,比较了天然沸石与复合改性沸石对氨氮吸附效果的变化,考察改性沸石吸附性能随投加量、pH值、吸附时间、溶液温度等因素的影响。试验结果表明,在改性沸石投加量为10g/L、pH=7、吸附时间为60min、溶液温度为25℃条件下,模拟水样氨氮去除率可提升至65%以上。

有机硅改性酚醛树脂复合材料制备及性能研究

本文开展了有机硅改性酚醛树脂复合材料制备及性能研究。首先进行有机硅改性酚醛树脂复合材料的制备:将4 g甲基苯基二甲氧基硅烷溶于25 m L四甲基氢氧化铵中,然后将得到的料液添至去离子水中进行搅拌,得到黄色固体,并将其置于60℃烘箱中,设置时间24 h,得出有机硅改性酚醛树脂复合材料。再者,对有机硅改性酚醛树脂复合材料的热性能及复合材料层间剪切强度进行测试。研究结果表明:当固化环氧树脂和固化剂质量比为95∶5时,有机硅改性酚醛树脂复合材料性能最优,此时其层间剪切强度高达87.5 MPa,热失重质量为0.22 g,耐热性能更好。