聚丙烯腈纤维调控水泥基充填材料凝结硬化与力学性能研究

利用聚丙烯腈(PAN)纤维调控水泥基充填材料,对水泥基充填材料的凝结硬化时间、抗压强度、黏结强度、抗弯强度和抗拉强度进行了分析,研究了不同纤维掺量(0.5%、1%、1.5%)和不同长径比(100、200、300)的聚丙烯腈纤维对水泥基充填材料力学性能的影响。结果表明:当PAN纤维掺量为1.5%时,较CM组(不掺PAN纤维)的初凝和终凝时间分别降低了11.1%和5.7%;PAN纤维水泥基充填材料的抗压强度随着PAN纤维含量增加而降低。与CM组相比,当PAN纤维体积含量为0.5%、1.0%和1.5%时,抗压强度分别下降了13.0%、3.7%和7.4%;纤维掺量为1%、长径比为200的水泥基充填材料的抗弯强度较CM组增加了78.6%,增幅最大。水泥基充填材料的黏结强度和抗弯强度先增加,然后随着PAN体积掺量和长径比增加而降低;随着PAN纤维掺入,水泥基充填材料的抗拉强度有所提高,与CM组相比,PAN纤维水泥基充填材料的抗拉强度提高了36.4%~418.2%。

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。

聚丙烯纤维改性超细水泥复合注浆材料性能研究

为获得高性能矿用水泥基注浆材料,拓展短切纤维在全长锚固领域的应用,以超细硅酸盐水泥为胶凝材料,速凝剂、膨胀剂、聚羧酸减水剂作外加剂,基于单因素试验,探究聚丙烯纤维(PPF)掺量对水泥注浆材料的力学性能、可注性、泌水性、凝结时间、体积收缩性及微观结构的影响规律,并筛选PP改性超细水泥浆液作锚固剂,研究相似实验拉拔条件下全长锚固系统的力学承载性能与声发射特征。结果表明:PPF掺量对超细水泥注浆材料的浆液特性与力学性能具有显著影响,可明显改善超细水泥注浆材料的抗压性能,缩短终凝时间,减小流动度,尤其抗折强度与PPF掺量呈正相关关系。当PPF掺量0.1%时,复合注浆材料S1的综合性能最佳,硬化结石体3 d和28 d抗压强度为60.1 MPa和83.7 MPa,比未添加PPF的参照组S0提高23.4%和23.2%;XRD、SEM及FTIR微观表征证实,适宜PPF不仅能促进水化反应,而且可改善结石体内部裂隙,发挥桥连作用并传递应力,延缓裂纹扩展;拉拔试验表明,基于该复合注浆材料的全长锚固体系力学性能、残余承载能力和最大变形量显著增强,最高拉拔强度是参照组S0的1.356倍,推迟了声发射事件的发生,提升巷道围岩稳定性,为类似全长锚固提供借鉴。

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。

热黏合聚乙烯/聚丙烯双组分纺黏非织造材料性能及其过滤机制

为研究热黏合加固技术对双组分纺黏非织造材料结构和性能的影响,以聚乙烯(PE)为皮层组分、聚丙烯(PP)为芯层组分,采取热轧和热风2种热黏合方式制备了PE/PP皮芯型双组分纺黏非织造材料,借助扫描电子显微镜、自动滤料测试仪、孔径测试仪、渗水性测定仪等对2种方法制备的纺黏非织造材料的结构和性能进行测试与表征,并对造成过滤性能不同的原因进行理论分析,阐释纤维滤材的过滤机制。结果表明:随着面密度的增加,热轧黏合纺黏非织造材料的平均孔径逐渐减小,耐静水压逐渐增加,其中面密度为80 g/m^(2)时,平均孔径为25.74μm,耐静水压为3.14 kPa;热风黏合纺黏非织造材料在低阻力、高容尘、品质因数方面的表现均优于热轧黏合纺黏非织造材料,其中面密度为80 g/m^(2)时,以质量中值直径为0.26μm的NaCl气溶胶为过滤媒介,在32 L/min的测试流量下,电晕驻极后热风黏合纺黏非织造材料的过滤效率为76.62%,过滤阻力仅为15.85 Pa;纤维过滤材料的孔隙率越大其过滤阻力越小,容尘量越高。

(ε⁃PL⁃TA)_(n)@纤维素/聚丙烯非织造材料的制备及其抗菌性能

为了赋予纤维素制品优异的抗菌性能,使其在医疗卫生领域有较好的应用前景,采用层层自组装(LBL)技术,将ε⁃聚赖氨酸(ε⁃PL)和单宁酸(TA)交替沉积在纤维素/聚丙烯复合水刺非织造材料上,制备了(ε⁃PL⁃TA)_(n)@纤维素/聚丙烯复合非织造材料,对其表面形貌、化学结构、孔隙、抗菌性能和力学性能进行了测试分析。结果表明:组装后(ε⁃PL⁃TA)_(n)@纤维素/聚丙烯材料表面出现一些凝胶状物质,ε⁃PL和TA的FTIR特征峰出现,成功负载到纤维素/聚丙烯材料上;组装后的(ε⁃PL⁃TA)n@纤维素/聚丙烯材料纤维之间的平均孔隙明显减小,纤维平均直径、单位面积质量、断裂强力、断裂伸长率均增加;随着组装层数的增加,(ε⁃PL⁃TA)_(n)@纤维素/聚丙烯材料的断裂强力和断裂伸长率先上升后下降;当组装层数为4.5时,(ε⁃PL⁃TA)4.5@纤维素/聚丙烯复合水刺非织造材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达到99.1%和99.9%。

聚丙烯熔喷空气过滤材料表面仿生改性及性能

聚丙烯(PP)熔喷空气过滤材料的抗菌性能较差,细菌、霉菌等微生物会寄生于材料表面。文中利用仿生改性法,以单宁酸(TA)为抗菌改性剂、CuSO_(4)/H_(2)O_(2)为促进剂制备了具有优异抗菌性能的PP/TA熔喷空气过滤材料。分析讨论了TA改性溶液浓度和CuSO_(4)/H_(2)O_(2)促进剂的加入对PP/TA熔喷空气过滤材料结构与性能的影响。结果表明,CuSO_(4)/H_(2)O_(2)促进剂的加入将TA改性时间从24 h缩短至40 min,并增强了PP/TA熔喷空气过滤材料的改性牢度。当TA浓度为6 g/L时,PP/TA熔喷空气过滤材料相较于PP熔喷空气过滤材料其过滤效率和压降分别提升了2.7%和4 Pa,水接触角降低了17.5°;且TA改性对PP熔喷空气过滤材料的驻极性能并无影响,驻极后PP/TA熔喷过滤材料的过滤效率为95.56%,压降为38 Pa,且具备良好的抗菌性能。同时,CuSO_(4)/H_(2)O_(2)促进剂的加入在材料表面引入了Cu^(2+),增强了抗菌效果。

P-MOF-5@纤维素/聚丙烯非织造材料铅离子吸附性能研究

为了制备具有高效重金属铅离子吸附性能的纤维素/聚丙烯(纤维素/PP)复合水刺非织造材料,以六水合硝酸锌为金属离子源,对苯二甲酸为有机配体,聚乙烯吡咯烷酮(PVP10)为分散剂,采用溶剂热法在以纤维素与PP纤维混合比例为9∶1的水刺非织造材料表面原位合成了P‐MOF‐5@纤维素/PP,对制备材料形貌、结构、重金属铅离子(Pb^(2+))吸附性能和力学性能进行了表征。结果表明:在纤维素/PP表面合成的MOF‐5呈规则的正六面体,粒径分布不均,加入PVP10后,P‐MOF‐5的结构更规整、粒径更均匀,结晶结构完整;当Pb^(2+)初始质量浓度为50 mg/L、吸附温度为25℃、溶液pH值为5时,P‐MOF‐5@纤维素/PP对水体中Pb^(2+)的吸附性能最佳,吸附平衡时间为9 h,吸附效率约为95.04%;经5次重复循环使用后,复合水刺材料的吸附效率仍可达到70.84%;与纤维素/PP相比,P‐MOF‐5@纤维素/PP的拉伸强度和断裂伸长率略有下降。

N-TiO_(2)/聚丙烯复合熔喷非织造材料的制备及其光催化性能

为制备具有光催化功能的聚丙烯(PP)熔喷非织造材料,首先通过溶胶-凝胶法制备氮掺杂二氧化钛(N-TiO_(2))光催化剂,然后采用超声浸渍的方法将N-TiO_(2)均匀负载在PP熔喷非织造材料表面得到N-TiO_(2)/PP复合熔喷材料,并对其结构和性能进行表征和分析,通过自由基捕获实验确定光催化机制。结果表明:N掺杂量为1%的N-TiO_(2)的颗粒大小均匀,粒径约为10 nm,在30 min暗吸附和90 min光照条件下,其光催化降解亚甲基蓝(MB)的效率最佳,达到98%;将该N-TiO_(2)负载在PP熔喷非织造材料表面后,可包裹在PP纤维表面,当负载量超过30 mg后出现团聚现象;负载量为30 mg的N-TiO_(2)/PP复合熔喷材料的光催化降解性能最优,在30 min暗吸附和90 min光照条件下,对亚甲基蓝(MB)的降解效率达到98%;在光激发下N-TiO_(2)会产生超氧自由基和羟基自由基,二者共同降解MB。

壳聚糖-SiO_(2)气凝胶/纤维素/聚丙烯复合水刺材料的制备及其吸附染料性能

为制备用于有机染料废水处理的生物质材料,以纤维素纤维/聚丙烯(CF/PP)为基材,经氧化后与以壳聚糖(CS)和硅酸四乙酯(TEOS)为原料制备的CS-SiO_(2)混合溶液进行反应,再通过冷冻干燥得到CS-SiO_(2)气凝胶/氧化纤维素(OCF)/PP复合水刺非织造材料。对复合材料的形貌、结构和其对有机染料吸附性能进行测试与表征,结果表明:相较于CF/PP水刺非织造材料,CS-SiO_(2)气凝胶/OCF/PP复合水刺非织造材料表面出现明显的微孔结构,在OCF/PP水刺非织造材料表面出现了归属于CS和SiO_(2)的红外特征峰;当TEOS体积分数为25%时,制得的样品在30℃、pH值为7的条件下对亚甲基蓝(MB)的吸附效率可达99.63%,经5次重复使用后,其对MB的吸附效率仍保持在80.59%左右;相比于CF/PP水刺非织造材料,CS-SiO_(2)气凝胶/OCF/PP复合水刺非织造材料的拉伸强度和断裂伸长率略有下降。

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。

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/壳聚糖抗菌复合材料的性能研究

文章以不同添加量的CTS为改性剂,借助熔融共混法简易制备了PP/CTS复合材料,分别利用数显悬梁臂冲击试验机、万能材料试验机、热变形维卡测定仪和差示热量扫描分析仪对复合材料的力学性能、耐热性能、熔融/结晶温度进行了测定,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。结果表明,CTS对复合材料有一定的增强增刚作用;相较于纯PP材料,当CTS的添加量为5.0 wt%时,复合材料的冲击强度为3.49 kJ/m^(2),提高了1.35倍,负荷热变形温度提高了近48.6℃,且复合材料对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率高达99%,表现出优异的抗菌性能。

玻璃纤维增强聚丙烯基叠层复合材料的力学性能

玻璃纤维增强聚丙烯复合材料(GRPP)具备优异的刚性,但韧性较差;而聚丙烯(PP)的韧性好,在机械外力作用下不易损伤变形。把PP和自增强聚丙烯(SRPP)两种材料分别用作夹芯结构,GRPP用作蒙皮结构,采用真空袋压工艺制备“三明治”叠层复合材料。利用万能试验机等设备测试夹芯同厚度占比下GRPP/PP和GRPP/SRPP两种复合材料的拉伸性能、弯曲性能和层间剪切性能。试验结果表明,全PP材料的引入增强了GRPP的整体韧性,但都会损伤GRPP的原有刚性。同厚度占比下,SRPP对GRPP拉伸模量的保留率比PP高15%;SRPP对GRPP弯曲模量的保留率比PP高5%;但GRPP/SRPP的层间剪切强度(13 MPa)低于GRPP/PP的层间剪切强度(17 MPa)。

废旧风电叶片粉体/聚丙烯复合材料力学性能及润湿性能研究

针对废旧风电叶片粉体材料(WWTB)回收加工高值化利用问题,以WWTB(平均粒径尺寸φ<2mm)为原料,采用三种不同的改性剂对其进行活化改性修饰,选择出较佳的改性剂及用量,得到改性修饰废旧风电叶片粉体材料(GWWTB)。采用熔融共混方式制备改性修饰废旧风电叶片粉体/聚丙烯复合材料(GWWTB/PP),考察GWWTB含量对GWWTB/PP复合材料力学性能、热稳定性能、润湿性能和断裂面微观形貌的影响。结果表明:采用质量分数4%的Z-6173改性效果最佳,活化指数提高了78.6%。当GWWTB质量分数为6%时,GWWTB/PP复合材料热稳定性最高,拉伸强度和冲击强度最大,热失重5%分解温度提高了11.7%,拉伸强度和冲击强度分别提高了22.89%和178.54%,GWWTB/PP复合材料的润湿性能随着GWWTB含量的增加而提高,GWWTB/PP复合材料亲水性增强。

碳纤维编织网与聚丙烯水泥基复合材料加固圆柱轴压试验

完成了14个基于碳纤维编织网与聚丙烯纤维水泥基复合材料加固圆柱的轴压性能试验,得到了各试件的极限承载力与破坏形态,测得了各试件平均压应力-混凝土应变曲线、平均压应力-碳纤维编织网应变曲线及各试件极限承载力柱状图,分析了加固层水泥基复合材料中聚丙烯纤维含量、碳纤维编织网包裹层数及网格大小等参数对试件轴压性能及破坏机理的影响。试验结果表明:采用碳纤维编织网与聚丙烯纤维水泥基复合材料加固圆柱可明显提高其极限承载力;试件主要破坏形态为纵向压劈破坏,脆性破坏特征明显;加固层少量聚丙烯纤维含量(质量比0.05%,0.15%,0.25%)的改变对试件承载力的提高不明显;在一定范围内试件承载力随碳纤维编织网包裹层数的增加而提高;相比于2 cm网格碳纤维编织网,1 cm网格碳纤维编织网对试件承载力的提高效果更好。

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。