静电纺聚酰胺6/聚苯乙烯复合纳米纤维膜制备及其空气过滤性能

针对空气过滤纤维材料的过滤效率、阻力和使用寿命难以平衡的问题,采用多喷头静电纺丝技术,制备了不同直径、形貌纤维及不同纤维沉积顺序的聚酰胺6/聚苯乙烯(PA6/PS)复合纳米纤维膜,测试了复合膜的平均孔径及孔隙率,建立了纤维结构与过滤效率及阻力的构效关系;结合扫描电镜表征探讨了不同形貌、直径纤维的叠加次序对过滤寿命及细颗粒物沉积行为的影响,系统研究了过滤风速、细颗粒物尺寸对过滤性能的影响。结果表明:在5.33 cm/s的风速下,以多喷头静电纺丝方式制备的PA6/PS复合膜具有更好的抵抗风速变化的能力,在长期使用中阻力增加较缓慢,其具有93.13%的过滤效率,30.67 Pa的过滤阻力和0.0889 Pa-1的品质因子,综合过滤性能优于同等条件下H10等级(过滤效率>90%)的商业玻璃纤维过滤膜。

PDA/Fe_(3)O_(4)上浆对碳纤维/聚酰胺6热塑性复合材料力学性能的影响

在碳纤维增强热塑性复合材料中,碳纤维(CF)与热塑性树脂基体间的界面强弱对其整体力学性能有巨大的影响。为改善CF与聚酰胺6(PA6)的界面性能,利用多巴胺(DA)的聚合与黏附特性,将纳米相四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))引入到CF表面进行协同修饰,通过简单的浸渍共沉积,利用DA的氧化自聚合在CF表面构建聚多巴胺/纳米四氧化三铁(PDA/Fe_(3)O_(4))涂层。对CF改性前后表面微观结构与化学特性进行了表征,结果表明PDA/Fe_(3)O_(4)上浆剂能够显著提高CF表面的粗糙度与化学活性,加强纤维与树脂基体的机械啮合作用与化学相互作用。与未改性CF/PA6复合材料相比,制备得到的改性CF/PA6复合材料表现出优异的力学性能,其弯曲强度、层间剪切强度分别提高了30.8%和29.1%。

玻纤增强PA6焊机外壳性能的影响因素数值模拟

深入探讨了玻璃纤维增强聚酰胺6在焊机外壳应用中的性能表现,并基于ANSYS软件平台,进行了静力学仿真和落球冲击仿真分析,旨在揭示玻纤含量、玻纤长径比以及玻纤取向等关键参数对焊机外壳性能的影响。静力学分析显示,当外壳承受2500 N的拉力时,玻纤含量的增加对焊机外壳应力强度的影响较小,但能够降低了外壳变形程度。当玻纤质量分数超过25%时,等效应力趋于稳定(约51 MPa)。此外,玻纤的取向对焊机外壳性能具有显著影响。当纤维沿X轴和Z轴取向且各占50%时(方向向量为a2),外壳的等效应力达54.6 MPa,同时变形量最小,仅为0.5 mm,这一性能与玻纤质量分数为40%的外壳相当。而玻纤长径比的增加对等效应力的影响并不显著,但有助于减少变形。进一步,通过落球冲击分析发现,随着玻纤含量的增加,外壳的等效应力逐渐增大,变形逐渐减小,这一趋势与静力学分析结果高度一致。当玻纤质量分数低于20%时,焊机外壳在冲击下易出现破裂;然而,当玻纤质量分数为20%~35%时,外壳表现出了优异的冲击性能,未出现开裂现象。

聚酰胺6/纤维复合材料的进展

聚酰胺6(PA6)是一种重要的工程材料,但是,其强度的较差,限制了其更广泛的应用,对PA6进行增强改性是提高其强度最有效的方法之一,其中,纤维增强改性的增强效果较好,因此,制备PA6/纤维复合材料是解决该问题最简单、有效的方法。但是,在制备PA6/纤维复合材料的过程中或PA6/纤维复合材料的使用过程中仍存在一些问题。综述了3种常用纤维和1种新型纤维增强PA6,对各类纤维增强PA6中关键性问题的最新进展进行了整理,包括PA6/玻璃纤维中制品外观质量和抗老化能力、PA6/碳纤维表面改性工艺、PA6/晶须中晶须的新种类、PA6/纤维素纳米纤维中纤维素纳米纤维的降解温度低于PA6的熔融温度等问题。

连续碳纤维/聚酰胺6混编织物复合材料的成型及性能研究

为了改善碳纤维/聚酰胺6织物复合材料界面的结合状态,提高复合材料的力学性能,通过混编的方式制备了碳纤维/聚酰胺6预制体,混编织造前碳纤维经500℃-2 min高温处理后浸泡在1wt%浓度的PA 845H-TDS-CN上浆液中20 s,最后将预制体通过热压成型,制备碳纤维织物/聚酰胺6复合材料。采用TGA、DSC、SEM、万能拉伸试验机分析碳纤维/聚酰胺6复合材料的热性能、晶型变化、微观形貌及力学性能。结果表明,聚酰胺6树脂主要以α晶型存在,结晶较为完善。纤维拔出后,单根碳纤维表面附着部分尼龙基体,碳纤维与尼龙基体形成了良好的界面层。优化后的层合板工艺为:铺层数10层,热压温度240℃,热压压力3 MPa,热压时间15 min。此工艺下,复合材料平均拉伸强度达到了825 MPa,弯曲强度平均值达到了520 MPa。

共聚酰胺水性上浆剂改善CF/PA6复合材料的界面性能

为改善碳纤维增强聚酰胺6(CF/PA6)复合材料的界面性能,采用共聚酰胺水性上浆剂作为表面改性剂,通过真空模压成型工艺制备出CF/PA6复合材料。采用扫描电镜、X射线光电子能谱、万能试验机等表征CF及CF/PA6复合材料的微观形貌、元素变化以及力学性能。试验结果表明:上浆处理使共聚酰胺成功接入了碳纤维表面,提高了碳纤维与PA6之间的结合能力。当共聚酰胺水性上浆剂浓度为0.5%时,CF/PA6复合材料力学性能最佳,复合材料弯曲强度与层间剪切强度达到1044.5 MPa与70.6 MPa,与未处理相比分别提升了64.4%与97.8%。

聚酰胺6/氧化石墨烯改性碳纤维复合材料机械性能与导热性能研究

采用氧化石墨烯对碳纤维进行了改性(GO-KCF),用双螺杆挤出机制备了聚酰胺6/氧化石墨烯改性碳纤维(PA6/GO-KCF)、聚酰胺6/纯碳纤维(PA6/CF)、聚酰胺6/石墨三种复合材料,对改性碳纤维的组成、热稳定性以及复合材料的断面形貌、弯曲性能和导热性能进行了分析。红外光谱分析结果证实了—OH、—NH—、—CN—、O—Si—O等结构在GO-KCF中的存在,表明氧化石墨烯成功接枝到碳纤维表面;热重分析结果表明经过氧化石墨烯改性后的碳纤维热稳定较好,质量损失率仅有3.5%左右;复合材料的断面SEM结果显示,GO-KCF有效改善了与PA6树脂基体的界面相容性,经过改性后的碳纤维能在树脂基体中构成三维立体网状结构,能够起到传递外力载荷的作用;改性材料添加量都为11wt%时,PA6/GO-KCF复合材料的弯曲强度达到了180 MPa,分别比PA6/CF和PA6/石墨复合材料高出38.5%和24.1%;导热性能测试结果表明,PA6/GO-KCF复合材料的导热性能优于PA6/CF和PA6/石墨复合材料;在9wt%添加量情况下,PA6/GO-KCF复合材料的导热系数达到了2.42 W/m·K,分别是PA6/石墨和PA6/CF的2.7倍和3.9倍。

花状氧化石墨烯原位展开共聚聚酰胺6及其功能纤维

为实现复合纤维中石墨烯的分子级分散,从而改善现有石墨烯复合纤维制成率低、强度低、耐用性差等问题,提出了一种原位展开共聚的机制,使得聚酰胺6(PA6)分子接枝的石墨烯片能够均匀分散在体系内,从而批量制备多功能PA6/石墨烯纤维,建立起全新的纤维制备-加工-性能一体化系统,实现了多功能性和高力学性能的兼顾。结果表明:在聚合过程中,花状氧化石墨烯呈现出逐步展开、分散的形貌变化,同时参与聚合反应中;反应结束后,PA6分子均匀接枝在石墨烯片表面,并诱导PA6发生了晶型转变;加入0.1%石墨烯后复合纤维单丝的拉伸强度相比纯PA6纤维提高25.4%,拉伸模量提高49.5%;此外,石墨烯复合PA6面料兼具优异的抗菌、抗病毒、远红外发射、负离子发生、防紫外线等功能,具有广阔的市场前景。

回收碳纤维及其增强尼龙6复合材料的研究

回收碳纤维增强尼龙6复合材料(PA6/rCF)可在实现轻量化的同时,降低碳纤维生产可持续成本及工程塑料的成本,但目前存在性能偏低、稳定性差的问题。通过研究对比不同rCF及PA6/rCF,为筛选rCF以及制备高性能PA6/rCF提供依据。针对进口和国产T400消费级回收碳纤维(crCF)、工业级回收级碳纤维(irCF)以及正牌碳纤维(vCF)的表观形貌、表面化学成分及耐热性展开了研究。制备并分析了不同种类30%(质量比)回收碳纤维增强PA6复合材料的力学性能、界面性能和热力学性能。结果表明在相同的制备工艺下,几种PA6/rCF30拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量可达到正牌碳纤维(vCF)增强PA6降低的90%,但缺口冲击降低较多。就缺口冲击而言,国产PA6/crCF相比PA6/vCF降低至77%,国产PA6/irCF降低至66%。

碳纤维增强尼龙6反应注射拉挤成型实验平台研制

本研究自行设计研制了碳纤维增强尼龙6复合材料反应注射拉挤成型实验平台。将实验平台分为配胶系统与拉挤系统两个模块,通过对尼龙6阴离子聚合反应条件的分析及料液流量输出的计算,完成配胶系统的配置选型及拉挤单元加热模具的设计,结合碳纤维纱线的储存、预处理系统及牵引系统,完成实验平台的研制,并且通过实验平台的运转,制备出树脂固化完全且分布均匀,纤维体积含量为47.48%的碳纤维增强尼龙6复合材料平板。考虑到后续连续工业化生产需求,保证料液的持续供给,提出了一种连续在线配胶反应注射机的设计思路,为工业化生产的前期筹备工作提供参考。

原位聚合法聚酰胺6/炭黑复合纤维的制备及其性能

为开发高黑度的原液着色聚酰胺6(PA6)纤维,将经原位聚合法制备的炭黑质量分数为1.0%~3.0%的系列PA6/炭黑(PA6/CB)复合材料进行熔融纺丝制备PA6/CB复合纤维,并对复合材料的形貌结构、热性能、晶型结构以及纤维的力学性能、取向度、色度值和色牢度进行表征。结果表明:经原位聚合法引入的炭黑在原液着色PA6/CB复合材料和纤维中分散均匀;炭黑在基材中起异相成核作用,添加炭黑的PA6/CB复合材料的结晶度和结晶温度均得到提高;炭黑可提升复合材料的热稳定性,并可促进PA6形成热力学性能更稳定的α晶型;随着炭黑质量分数的提高,PA6/CB复合纤维的断裂强度先提高后逐渐下降,当炭黑质量分数为1.0%时达到最大,为4.07 cN/dtex;PA6/CB复合纤维的取向度均高于纯PA6纤维;炭黑质量分数越高,PA6/CB复合纤维的颜色越黑,但其质量分数超过2%后纤维的黑度提升不明显。

锦纶6纤维用炭黑母粒的制备与性能研究

为了打破锦纶6纤维用炭黑母粒高度依赖进口,本文通过生产实验探索,自主研究一套完整的炭黑母粒生产及纺丝一体化工艺。利用平行同向双螺杆挤出造粒机将64%的聚酰胺6有光切片、30%的纳米级炭黑粉末、6%的复合型炭黑超分散剂粉末经过熔融塑化、螺杆剪切、水冷切粒、振动筛选、真空干燥等一系列工艺技术处理,制备得到炭黑母粒。所制母粒的相对黏度、熔点、含水率、熔融指数分别为1.94、223℃,0.0488%,10.6 g/10 min。为了阐明其作为原液着色剂的纺丝性能,将其以4.7%的添加比例用于黑色锦纶6民用长丝纤维,规格为高取向丝、49.95 dtex/12F的连续生产。其结果表明:纺丝组件的生产周期可达18 d,日均纺丝组件的压升值为0.21 MPa,日均纺丝断头次数为4.7次,日均纺丝飘丝次数为2.6次。

连续与短切CF增强PA6复合材料双喷头3D打印工艺参数优化

为提升连续碳纤维(CF)和短切CF增强尼龙6复合材料3D打印制件的力学性能、优化3D打印基础工艺参数,基于熔融沉积型3D打印工艺,通过自主搭建的双喷头3D打印实验平台制备打印制件,并以此为研究对象,设计4因素3水平正交试验,研究连续CF隔层数、连续CF打印间距、打印温度、打印速度四种工艺参数对打印制件拉伸强度和弯曲强度的影响。采用极差分析法得到最佳工艺参数组合,验证正交试验结果。使用扫描电子显微镜观察拉伸制件和弯曲制件的断裂面微观形貌,进一步探究了打印制件的层间断裂形貌特性和层内丝材分布规律。结果表明,当连续CF隔层数为1、连续CF打印间距为0.5 mm、打印温度为250℃、打印速度为900 mm/s时,打印制件的层内沉积线之间孔隙较少,层间结合效果较好,其拉伸强度和弯曲强度达到最高,分别为109.73 MPa和119.14 MPa,与短切CF增强尼龙6复合材料相比,拉伸强度提升了249%,弯曲强度提升了286%。

碳纤维增强聚酰胺6复合材料的结晶行为研究

通过偏光显微镜和差示扫描量热仪(DSC)研究了碳纤维(CF)和滑石粉对聚酰胺6(PA6)结晶行为的影响。结果表明,CF 的加入在 PA6和 CF 的界面诱发横品,CF 和滑石粉在 PA6基体中起到了异相成核作用,改变 PA6的成核机理和晶体生长方式,提高了起始结晶温度和结晶速率。结晶速率随着等温结晶温度的升高而下降。当冷却速率增大时,起始结晶温度下降,结晶度增大。

连续玻纤增强PA6复合材料的制备

采用熔融拉挤浸渍工艺,制备了连续玻纤增强支化高流动尼龙6(PA6-H)和常规线性尼龙6(L-PA6)复合材料,并研究了不同树脂基体对复合材料性能的影响。结果表明,连续玻纤在PA6-H树脂基体中的分散浸渍效果明显优于L-PA6树脂,连续玻纤增强PA6-H复合材料的力学强度比连续玻纤增强L-PA6树脂高约10%,且随着连续玻纤含量的增加,这种优势更加明显。

共聚PA6/66在PA66/GF复合材料中的应用

以共聚尼龙(PA)6/66和POE-g-MAH作为增韧剂,采用熔融共混法对PA66/玻璃纤维(GF)复合材料进行增韧改性,考察两种增韧剂用量对其结晶行为、力学性能、热变形温度(HDT)和熔体流动速率(MFR)的影响。结果表明,高用量的POE-g-MAH对复合材料中PA66的结晶有一定阻碍作用,而共聚PA6/66对PA66的结晶性能影响较小;随着共聚PA6/66和POE-g-MAH用量的提高,PA66/GF复合材料的冲击强度明显提高,拉伸强度、弯曲强度和HDT则逐渐下降;与POE-g-MAH相比,共聚PA6/66对拉伸及弯曲强度和HDT的不利影响较小,且略微提高了复合材料的MFR,而POE-g-MAH大幅降低了复合材料的MFR。当两种增韧剂的质量分数均为12%时,共聚PA6/66和POE-g-MAH增韧的复合材料的无缺口冲击强度和缺口冲击强度基本相当,但前者在拉伸强度、弯曲强度、HDT和MFR方面均有更明显的优势。

碳纳米管表面改性在阻燃尼龙6中的应用

采用表面接枝法将氨基磺酸胍(GAS)引入多壁碳纳米管(MWNTs)得到MWNTs-GAS,之后与尼龙6(PA6)进行熔融共混制备了PA6/MWNTs-GAS纳米复合材料。结果表明:MWNTs-GAS可以明显改进材料的阻燃性能,当添加量为3%时,LOI从纯PA6的22.2%提高到24.2%;燃烧时间从纯PA6的24.1 s提高到47.1 s,且熔滴现象与成炭性能显著改善;力学性能方面,与纯PA6相比,复合材料的冲击强度略有下降但拉伸强度明显提高,当添加量为1%时,PA6复合材料的拉伸强度从32.4 MPa提高至45.9 MPa。此外,对MWNTs-GAS在PA6基体中的阻燃及增强作用机理进行了探讨分析。

碳纤维/MC尼龙6原位复合材料的制备与表征

提出一种表面接枝尼龙6的碳纤维/MC尼龙6原位复合材料的制备方法并加以表征.通过对碳纤维表面的-COOH和-OH官能团进行异氰酸酯化并用己内酰胺稳定化,再将碳纤维加入到己内酰胺单体融体中,采用阴离子聚合方法制得表面接枝尼龙6的碳纤维/MC尼龙6原位复合材料.红外和热重分析都表明,碳纤维表面已接枝上异氰酸酯和己内酰胺.热重分析计算得接枝率为2.69%.用DSC研究复合材料的非等温结晶和熔融行为,结果表明碳纤维对基体尼龙6具有异相成核作用,并且结晶速度提高;碳纤维表面接枝的尼龙6在结晶前期对晶体生长有诱导和促进作用,而在结晶后期有位阻作用,使晶体的粒度变小,结晶的完善程度降低.拉伸实验表明,碳纤维/MC尼龙6原位复合材料的拉伸强度与MC尼龙6相近.

超临界CO_2流体处理对锦纶6纤维的影响

采用X射线广角衍射(WAXS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和热失重-差式扫描量热(TAG-DSC)分析法,探讨了不同工艺条件(温度、压力、时间)下超临界CO2流体对锦纶6纤维结构、热稳定性和表面形态的影响。结果表明,不同工艺条件下的超临界CO2流体处理,可对锦纶6纤维的超分子结构、耐热性能、表面形态等产生一定程度的影响。

炭黑在聚酰胺6中的超分散性研究

用超分散剂在分散介质中预处理炭黑,然后将预处理后的炭黑与聚酰胺6(PA6)在转矩流变仪中共混,制备了PA6/炭黑色母料,并将该色母料添加到PA6中制备了PA6/炭黑复合材料。考察了不同超分散剂和分散介质对色母料加工性能的影响,通过扫描电子显微镜考察了超分散剂和分散介质对炭黑分散性能的影响,并对PA6/炭黑复合材料的力学性能进行测试。结果表明,N,N′二甲基甲酰胺对炭黑粒子有很好的润湿性能;用超分散剂聚氨基甲酸酯预处理的炭黑在PA6中分散良好,分布均匀,平均粒径为50～70nm;添加5%色母料的PA6/炭黑复合材料的拉伸强度可达105.1MPa,比纯PA6提高了38.72%。