核壳型碳纤维毡@聚苯胺复合材料的制备及其介电性能

使用原位化学氧化聚合的方法,以碳纤维毡(CFF)为骨架,在碳纤维表面生长聚苯胺(PANI),获得具有核壳结构的CFF@PANI复合材料,随后使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对其进行封装。研究反应条件对复合材料结构和性能的影响。结果表明,PANI能够均匀地包裹在碳纤维表面,使CFF的颜色由黑色变为深绿色;接触角和表面能分析结果表明尽管表面生长PANI并未对CFF产生显著影响,但使用PDMS封装后可以大幅度降低材料的表面能;借助多界面结构和界面效应,核壳结构明显提升了材料的界面极化和偶极极化,导致复合材料具有更高的介电弛豫现象,并显著提高了电容和电容压敏效应。

紫外线屏蔽PDA/BC/PVB复合透明薄膜的制备及性能

聚乙烯醇缩丁醛(PVB)薄膜制品在包装材料领域得到了广泛应用,然而PVB材料的光降解导致材料的应用价值降低,因此,设计防紫外线PVB复合材料被认为是实现其应用价值的必要条件。以盐酸多巴胺(DA)、细菌纤维素(BC)和PVB为原材料,首先基于DA的氧化自聚合,在BC表面原位沉积聚多巴胺(PDA)对BC改性,得到PDA/BC纳米复合材料,然后通过溶液共混和涂膜工艺将PDA/BC与PVB共混,制备了PDA/BC/PVB复合纳米薄膜,并使用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见红外分光光度计、万能材料试验机、傅里叶变换红外光谱以及X射线衍射仪研究了PDA/BC的添加量对PDA/BC/PVB复合薄膜结构与性能的影响。SEM表明,当DA的质量分数为0.1%时,反应得到的PDA可均匀覆盖在BC的表面,且制备的PDA/BC/PVB复合薄膜的截面致密;当PDA/BC质量分数小于1%时PDA/BC在PVB中分散均匀。紫外透过率结果表明,当加入质量分数为1%的PDA/BC时,PDA/BC/PVB复合材料在370 nm处紫外屏蔽效率达到98%,复合透明薄膜表现出优异的紫外线阻隔性能,材料的拉伸强度高达61.2 MPa,远高于原始PVB的强度(39.7 MPa)。光学照片显示PDA/BC的加入并未改变材料的透明性。

导电微纳纤维复合纱的制备及其气敏特性

为开发高质量的气敏传感器,利用水浴静电纺丝法制备以涤纶(PET)为芯纱,聚酰胺6(PA6)纳米纤维为包覆层的微纳纤维复合纱(MNY),基于原位聚合方法对MNY进行连续导电处理,制备微纳米纤维复合纱/聚苯胺(MNY/PANI)复合导电纱,以此作为气敏元件,同时将相同参数下制备的PET/PANI复合导电纱也作为气敏元件进行对照,探究不同结构纱线之间气敏效果的差异。研究结果表明:MNY具备良好的皮芯结构,经导电处理后MNY表面均匀分布了聚苯胺颗粒,MNY/PANI的电导率最高可达7.53 S/cm;相比于PET/PANI气敏元件,MNY/PANI气敏元件因其纳米结构的高比表面积对NH 3的灵敏度更高,能表现出更好的响应-恢复效果,重复性和稳定性更好,已初步具备了作为优良气敏元件的条件。

界面聚合法制备低压中空纤维纳滤复合膜

现有中空纤维纳滤膜在实际应用中能耗较高.采用干湿法纺丝技术制备聚砜(PSf)中空纤维超滤膜作为基膜,分别选用哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)为水相单体和有机相单体,通过界面聚合工艺的优化,成功制备了低压中空纤维纳滤膜.用扫描电子显微镜和原子力显微镜对膜表面形貌进行表征,用傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分析膜表面的化学结构和元素组成,测试了复合膜的表面水接触角、Zeta电位、截留分子量和孔径分布,研究了单体浓度、界面聚合反应时间以及测试压力对复合膜性能的影响并确定了最佳的工艺条件.结果表明,优化的低压中空纤维纳滤膜具有低交联度的聚酰胺功能层,在0.2 MPa的测试压力下,纯水通量达到(16.0±0.4)L/(m^(2)·h),对质量浓度为1 g/L的盐溶液的截留率为Na_(2)SO_(4)(94.2%±0.9%)>MgSO_(4)(92.2%±0.9%)>MgCl_(2)(51.0%±0.5%)>NaCl(9.5%±0.3%),表现出优异的Na_(2)SO_(4)/NaCl选择性.

原位聚合法制备连续玻璃纤维增强尼龙6复合材料的改性和性能

尼龙6(PA6)树脂具有优异的性能,其连续纤维复合材料在汽车、航空航天领域具有广泛应用。但是PA6树脂熔融后黏度较高,不易对连续纤维充分浸渍,并且连续纤维与PA6的复合材料界面黏附性较差,限制了其复合材料的性能和应用。针对这些问题,文中对连续玻璃纤维增强尼龙6(CGF/PA6)复合材料开展了研究。首先,采用阴离子开环聚合制备PA6,确定了其最佳制备工艺;其次,用硅烷偶联剂KH550(AP)对连续玻璃纤维(CGF)进行改性,并对其进行了红外光谱表征;最后,通过原位聚合法制备了CGF/PA6复合材料,研究了AP改性对CGF/PA6复合材料力学性能的影响,并对CGF/PA6复合材料的拉伸断口进行了扫描电镜分析。结果表明,AP被键合到了CGF表面,AP改性可以增强CGF/PA6复合材料的界面黏附性,从而使CGF/PA6复合材料的拉伸强度得到改善,当AP用量为2%时,CGF/PA6复合材料的拉伸强度高达88.52 MPa,此时,复合材料的断裂伸长率最低,为4.90%。CGF/PA6复合材料的冲击强度变化不大,均在50 k J/m2左右,说明复合材料的韧性受CGF表面改性影响较小。

超疏水/超亲油含棉复合材料构造及其油水分离应用

以多丙烯酸酯基化合物与多氨基化合物胶凝作用形成的凝胶体系为基础,引入棉纤维、含短氟碳链单体、交联单体、引发剂,基于原位聚合法制得超疏水/超亲油含棉复合材料[OC-PG@P(DVB-HFBMA)]。采用扫描电子显微镜(SEM)观察其微观结构,探究了其对水相及油相展现的不同特殊润湿行为并评价其应用稳定性。结果表明,OCPG@P(DVB-HFBMA)的水接触角大于158°,水滚动角为1°,油接触角为0°,具有出色的超疏水/超亲油性及突出的油水分离性能。

黏合剂与纤维组合对喷播基质材料抗剪性能及植物生长的影响

【目的】明确添加“黏合剂+植物纤维”对客土喷播初期基质抗剪性能和植物生长的影响,为工程实践提供参考。【方法】采用环刀法、直接剪切法和模拟坡面法,选择聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯醇(PVA)2种黏合剂与棕榈纤维(PF)、椰丝纤维(CF)、剑麻纤维(SF)、木纤维(WF)4种植物纤维,探究黏合剂和纤维两两组合下喷播基质的孔隙度、抗剪性能及植被生长特征。【结果】1)PAM+SF组合孔隙度表现最优,其总孔隙度和毛管孔隙度显著高于CK(P<0.05),分别是CK的1.26倍和1.37倍;2)添加PAM能够提高纤维-土复合体的抗剪强度,PAM+CF和PAM+SF组合内摩擦角显著大于CK和其他处理组(P<0.05),分别是CK的1.71倍和1.88倍,PAM+PF组合内聚力显著高于CK(P<0.05),是CK的1.14倍。3)PVA+SF组合的植物生长状况最优,总生物量与根冠比显著大于CK(P<0.05)。【结论】添加PAM的组合能够提高喷播基质的抗剪性能;2种黏合剂相比,添加PAM的组合抗剪强度优于添加PVA的组合。并且喷播基质的抗剪性能变化由黏合剂和植物纤维共同影响。添加“黏合剂+植物纤维”,对植被生长恢复友好。

聚合松香辅助制备聚丙烯熔喷纤维膜及耐久超疏水改性

超疏水材料因其卓越的防腐蚀、防覆冰和自清洁等性能,在日用纺织、生物医学和建筑涂料等领域具有巨大的发展前景。为了满足实际应用的需求,开发低成本的超疏水表面结构显得尤为重要。本文采用聚合松香(PR)作为辅助材料与聚丙烯(PP)进行熔喷纺丝,然后去除PR组分,得到多孔纤维膜,并进行十八烷基三氯硅烷改性,获得具有耐久性的超疏水材料。结果表明,PR的辅助加入可以诱导纤维变细、增加纤维膜的孔隙率,制备出的7PP/3PR纤维膜比10PP/0PR纤维膜的接触角提高了20°左右,疏水物质溶液的均匀分散增加了纤维膜的耐磨损和自清洁性能。7PP/3PR纤维膜的超疏水材料性能最佳,接触角为159.8°,历经5次摩擦循环后的接触角仍有152.6°,保留率在95.27%,而10PP/0PR纤维膜的超疏水材料的接触角保留率仅在87.46%。

残留单体丙烯腈对PAN基碳纤维制备的影响研究

本文通过气相色谱法检测PAN纺丝液中残留单体含量,研究了残留单体量对生产环境的影响,并分析得出残留单体量的最小标准。研究了残留单体对纺丝液性质的影响,发现由于持续聚合反应,残留单体丙烯腈会由于自身的反应提高纺丝液的黏度和固含量;进一步研究了残留单体对碳纤维强度和起毛量的影响,发现残留单体的减少有利于碳纤维生产以及碳纤维性能提升,并通过分析得出适应碳纤维生产的残留单体量。另外,从脱单过程的真空度、温度、薄膜表面积等方面出发,分析降低残留单体量的相关方法的影响,有助于合理化生产的进行。

多氨基协效的偕胺肟基吸附材料制备及其铀吸附性能

海水中的有机物易于与铀酰离子络合成稳定的化合物,从而影响铀吸附材料的吸附性能。本研究使用聚丙烯/聚乙烯无纺布(PP/PESNW)为基材,通过辐射诱导接枝聚合(RIGP)在基材表面引入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)单体后,分别与三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)以及五乙烯基六胺(PEHA)进行开环反应引入氨基,与丙烯腈进行加成反应后,再进行胺肟化反应制备出具有多氨基协效官能团的偕胺肟基(AO)吸附材料P-TETA-AO、P-TEPA-AO、P-PEHA-AO。对制得的材料进行了结构表征、吸附性能探究以及吸附机理分析。实验结果表明:成功在基材表面修饰了3种不同链长功能高分子链,制备出目标偕胺肟基吸附材料;3种材料P-TETA-AO、P-TEPA-AO、P-PEHA-AO的铀吸附行为均符合准二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型;24 h内3种材料对铀的吸附容量分别为66.1 mg/g、63.22 mg/g、65.62 mg/g,在pH为5~9范围内表现出良好的吸附性能;5次吸附-解吸实验中材料的铀吸附率仅下降6%,解吸率维持在95%以上,具有良好的可再生性;模拟海水吸附实验中3种材料的铀去除率分别为72.94%、79.97%、87.78%,并且材料吸附性能随着接枝链的增长而上升;XPS结果表明,3种吸附材料在吸附铀的过程中,氨基与偕胺肟基均参与了与铀酰离子的配位,具有协效作用。

PAN基碳纤维聚合原液制备的影响因素研究

采用丙烯腈(PAN)为单体,衣康酸为共聚单体,偶氮二异丁腈为引发剂,二甲基亚砜为溶剂,进行聚合反应制备PAN聚合原液。研究了在单体、共聚单体、引发剂、溶剂配比相同条件下,聚合反应温度、搅拌速率和反应时间对聚合单体的转化率、聚合物黏度和固含量的影响。结果表明,在聚合反应过程中,提高反应温度可以提高单体转化率和聚合物固含量,同时能够抑制聚合物黏度的增长,提高搅拌速率也有相同效果。增加反应时间能够促进聚合反应的进行,但是随着反应时间的增加,单体转化率、聚合物黏度和固含量增长趋于平稳甚至不再增长。

驱蚊莱赛尔纤维的研制

以香茅油和辛癸酸甘油酯为芯材,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为壁材,乙二醇为致孔剂,通过界面聚合法制备香茅醛纳米胶囊。制备的香茅醛纳米胶囊平均粒径约为220.5 nm,驱蚊率达到90%以上,对大肠埃希菌和金黄葡萄球菌的抑菌率均达到99.99%。通过原液共混的湿法纺丝工艺制备了驱蚊功能莱赛尔纤维,驱蚊效果达到B级,对金黄葡萄球菌有良好的抑制作用。

中空纤维纳滤膜制备研究与产业化开发现状

综述了中空纤维纳滤膜的各种制备方法,主要阐述了不同方法制备的中空纤维纳滤膜的特点,并介绍了当前中空纤维纳滤膜的产业化情况,为我国中空纤维纳滤膜的产业化开发提供参考。

接枝法制备聚丙烯腈-聚偕胺肟纤维 及其结构与性能研究

通过聚合、改性、接枝三步法制备聚丙烯腈-聚偕胺肟(PAN-PAO)纤维。首先利用自由基聚合制备低相对分子质量聚丙烯腈(PAN),然后通过盐酸羟胺对PAN进行偕胺肟化改性制备可溶性聚偕胺肟(PAO),最后将PAO接枝到PAN羧酸(PAN-COOH)纤维上制备PAN-PAO纤维;研究了聚合反应时间和温度对PAN相对分子质量的影响,以及PAN相对分子质量、接枝反应时间和温度对PAN-PAO纤维偕胺肟(AO)基含量的影响,并对PAN-PAO纤维的结构及力学性能进行表征。结果表明:较佳的聚合反应条件为反应时间30 min、反应温度80℃,得到的PAN数均相对分子质量为29300;较佳的接枝反应条件为PAN数均相对分子质量小于30000、反应时间6 h、反应温度70℃,制备的PAN-PAO纤维AO基含量为1.09 mmol/g;红外光谱中C=N和N=O特征峰的出现证实通过接枝法成功制备了PAN-PAO纤维;在AO基含量均为1.1 mmol/g的条件下,PAN-PAO纤维的断裂强度为3.06 cN/dtex,高于直接法制备的聚丙烯腈-偕胺肟(PAN-AO)纤维的断裂强度(2.73 cN/dtex)。

基于电阻抗断层成像的碳纤维增强复合材料定量化损伤研究

针对电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,EIT)在反演的过程中存在的病态的、不适定性的特点以及检测结果难量化等问题,笔者提出通过去噪卷积神经网络(denoising convolutional neural networks,DnCNNs)以及搭建电阻抗断层成像损伤监测的检测概率(probability of detection,POD)函数来实现对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymeric,CFRP)高效准确的可视化检测和结果量化评估。借助EIDORS软件进行有限元划分,通过正问题求解来模拟时差数据,构建出不同形状的损伤重建图像;然后通过在去噪神经网络中使用单个残差单元来预测重构图像中的噪音映射,有效地去除重建图像中的伪影,从而实现准确高质量地检测图像;此外,基于统计处理定量分析碳纤维增强复合材料损伤。通过电阻抗断层成像来监测碳纤维增强复合材料的损伤衍化过程,借助准静态压痕(quasi-static indentation,QSI)试验实时采集电阻抗断层成像数据和声发射事件,将损伤程度与电导率振幅作为检测概率函数中的缺陷参数,通过应用信号响应方法参数预测POD曲线,通过设置特定的POD阈值获得可检测性极限轮廓,从而实现通过电导率的振幅对损伤程度进行预测。结果表明:该方法不仅能对碳纤维增强复合材料进行高质量损伤图像重建,还可以定量化评价碳纤维增强复合材料的损伤程度,有利于具有自感知能力的复合材料在工业领域的应用。

聚合松香增容聚乳酸/聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)共聚物共混纤维的结构与性能

以聚合松香(PR)为相容剂,采用熔融共混法制备了不同比例的聚乳酸/聚(己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯)(PLA/PBAT)共混纤维。采用拉伸试验、微观结构、热分析和流变测试分析评估了熔体和纤维的物化性能。PR的引入使得PBAT和PLA的玻璃化转变温度及熔融温度降低,促进了PBAT相的均匀分散,分散相尺寸明显减小,增强了PBAT的非均相成核效应,提高了PLA的结晶温度,并在30%PR时观测到了直径小于2μm的微纤结构。随着PBAT含量的增加,共混纤维的断裂伸长率与断裂强度均得到显著提升,断裂伸长率最多提高了近600%,同时断裂强度不仅得到了保留,还提升了200%左右。

原位聚合法负氧离子尼龙纤维的制备及应用

针对尼龙纤维面料负氧离子释放/抗菌等问题,通过原位聚合法制备得到负氧离子尼龙纤维,研究了温度、湿度、光照及洗涤次数对负氧离子尼龙纤维负氧离子释放的影响。结果表明,原位聚合法负氧离子尼龙纤维安全性能达标,在温度为30℃,湿度达到50%以上时,其负氧离子释放量趋于较大值(1 200~1 300个/cm^(3))。

负氧离子尼龙纤维的原位聚合工艺

采用原位聚合法,将液相研磨制备的负氧离子浆液添加到己内酰胺水解聚合反应中,制备得到较高负氧离子释放量的负氧离子尼龙6,将其切片、熔融纺丝得到负氧离子尼龙纤维。结果表明,负氧离子尼龙6的聚合反应(30 L)较优工艺条件为:催化剂磷酸的质量分数0.08%、去离子水的质量分数7%、负氧离子浆液的质量分数0.8%,乙酸的质量分数0.1%。制备得到的负氧离子尼龙纤维的负氧离子释放量为1380个/cm3,达到负氧离子高释放量指标。

木质纤维聚合度对高透光率纤维素薄膜力学性能的影响

以氢氧化钠-亚硫酸盐-蒽醌-甲醇(ASAM)法制备的高聚合度针叶木浆为原料,通过调控漂白时间和漂白剂用量制得形态相近、聚合度不同的4种木质纤维;随后,通过浸渍法将羧甲基纤维素钠(CMC)与上述纤维抄造的原纸复合,制得高透光率木质纤维/CMC纤维素薄膜(以下简称薄膜),并研究纤维聚合度对薄膜力学性能的影响。结果表明,在不显著改变纤维形态和结晶度的条件下,提高纤维聚合度可以显著提高薄膜的力学性能(抗张强度、韧性、耐折度、撕裂指数、耐破指数),而其光学性能无明显的变化规律,透光率介于87.9%~89.8%,雾度介于53.6%~64.1%。

双酚S型杂萘联苯共聚醚砜膜材料的合成与性能研究

以4-(4-羟基苯基)-2,3-二氮杂萘-1-酮、双酚S和4,4′-二氯二苯砜为原料,采用亲核缩聚法合成了一系列双酚S型杂萘联苯共聚醚砜(PPESS).通过核磁共振、红外与X射线衍射光谱表征了PPESS的结构.测试了PPESS的特性黏度、分子量、溶解性、亲水性和拉伸性能,采用示差扫描量热法和热失重分析法对PPESS的热性能进行了分析.采用干湿相转化法将PPESS制成中空纤维膜,考察了二氮杂萘酮结构单元含量对膜渗透选择性的影响.结果表明:PPESS的玻璃化温度介于249~288℃,5%热失重温度介于513~518℃且PPESS的热性能随二氮杂萘酮结构单元含量的增加而增强.此外,随着该结构单元含量的增加,膜的纯水通量增加,而牛血清蛋白(BSA)截留率变化不大;PPESS-80膜的纯水通量为51.8 L/(m^(2)·h),BSA截留率为97.2%.