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。

嵌件注射成型连续碳纤维增强聚酰胺6复合材料力学性能

研究嵌件注射方式制造嵌件样条的可行性与回火工艺对制品性能的影响。使用连续碳纤维预浸带贴片(30 mm×20 mm×0.15 mm)作为嵌件,尼龙6(PA6)材料作为塑件,注射加工完成嵌件制品的制备。将制品压制成拉伸和弯曲样条(45 mm×5 mm×2 mm),并对嵌件样条表面进行回火处理,对比回火前后样条力学性能的变化。结果表明,回火处理后的嵌件样条的拉伸和弯曲性能都有相应的提高,平均拉伸强度达到了52.03 MPa,平均弯曲强度达到了64.65 MPa,平均弯曲模量达到了2 458.18 MPa,约是纯尼龙样条的2.7倍。根据拉伸后样条的断裂情况,使用光学显微镜观察了嵌件制品的界面黏结性。在拉伸断裂面上未观察到嵌件与塑件之间的空隙,表明两者间的黏结性良好。因此,连续碳纤维预浸带作为嵌件通过注塑成型和回火处理,可提升制品的综合性能。

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%。

四臂星型尼龙6的合成与表征

以2,2,6,6-四丙酸环己酮为四官能团核心,进行己内酰胺的水解开环聚合,合成了四种不同臂长的四臂星型尼龙6,对产物的分子量进行了测定,并对其力学性能和流变行为进行了研究。结果表明,四臂星型尼龙6的分子量随着四丙酸环己酮含量的提高而降低,与相应分子量的线型尼龙6相比,星型尼龙6的拉伸强度和弯曲强度基本保持,冲击强度保持率在75%以上,断裂伸长率最大降低了15%,相对黏度降低了近25%,熔融指数提高了近4倍,平衡转矩降低了75%,表现出了较好的加工流动性。

星型尼龙6纤维的力学性能研究

采用熔融挤出的方法制备尼龙 6星型聚合物纤维 ,对所得纤维的强度、伸长、模量和回弹率进行测试 ,并考察了星型尼龙 6的应力松弛。结果表明 ,随三元酸含量减少 ,纤维强度逐步增加 ,但三元酸含量减少到一定程度 ,强度基本保持一定值 ;三元酸含量较高的星型尼龙 6纤维弹性比线型链高一些 ,当三元酸含量进一步提高时 ,弹性又有所下降 ;三元酸含量较高的纤维 。

Kevlar纤维增强尼龙6复合材料的力学性能

对Kevlar纤维进行了改性,使其成为己内酰胺阴离子开环聚合的活性中心,采用阴离子接枝法在Kevlar纤维(KF)表面接枝尼龙6低聚物,并与基体尼龙6混合,用挤出和注塑方式制备了尼龙6/改性Kevlar纤维(PA6/KF1)复合材料。ESEM和XPS分析表明,Kevlar纤维表面接枝上了尼龙6低聚物。比较了尼龙6/未改性Kevlar纤维(PA6/KF0)和PA6/KF1复合材料的力学性能及破坏形态,同时探讨了其破坏机理。结果表明,接枝尼龙6的KF1增强了KF与尼龙6复合材料界面的相互作用,拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别提高了20.69%、12.26%和14.23%,但冲击强度降低了8.2%;当复合材料被破坏时,未改性纤维表面只粘附有少量的树脂尼龙6,而改性纤维的表面有较多的树脂包覆层,呈部分非界面脱粘破坏,具有良好的界面结合能力。

玄武岩纤维表面化学改性对PA6基复合材料力学性能影响

通过熔融共混制备玄武岩纤维(BF)/尼龙6(PA6)复合材料,研究化学处理BF对复合材料界面结合性能的影响,并对BF与复合材料进行微观表征。结果表明,H_(2)SO_(4)与KOH处理后的纤维表面均发生变化,与PA6基体之间的界面结合强度有所提高,1 mol/L的H_(2)SO_(4)处理的复合材料的力学性能最佳,拉伸强度为102.44 MPa,冲击强度为15.38 k J/m^(2)。

玄武岩纤维表面处理对尼龙6复合材料力学性能影响

为改善玄武岩纤维增强PA6复合材料的力学性能,对玄武岩纤维分别进行了H_(2)SO_(4)处理、偶联剂KH-550处理及H_(2)SO_(4)加KH-550协同处理,使用双螺杆挤出机制备了玄武岩纤维质量分数分别为10%、20%、30%的复合材料,测试复合材料的拉伸和冲击性能,并对纤维以及复合材料冲击断面进行微观表征。结果表明,随着玄武岩纤维质量分数的增加,复合材料的力学性能有较大提升。此外,经过协同处理、玄武岩纤维质量分数为30%的复合材料相较于纤维含量相同但未经处理的复合材料,拉伸强度提高了24.36%,冲击强度提升了37.41%。

芳纶纤维增强聚苯醚/尼龙6合金的性能研究

通过马来酸酐接枝苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS-MAH)对聚苯醚/尼龙6(PPO/PA6)合金进行增容增韧改性,制备芳纶纤维(AF)增强PPO/PA6/SEBS-MAH复合材料。实验结果表明:SEBS-MAH能够提高PPO/PA6共混体系的相容性,并且能够提高其力学性能,添加10份SEBS-MAH比不添加SEBS-MAH共混体系的拉伸、弯曲和冲击强度各增加了19.1%、49.3%和46.8%,共混物的玻璃化转变温度得到提高;AF能够提高PPO/PA6/SEBS-MAH共混体系的力学性能以及摩擦性能,并使共混体系的刚性得到提高,添加7.5份AF的复合材料的拉伸、弯曲和冲击强度分别比未添加AF时提高了22.1%、13.1%和12.9%,摩擦系数降低了0.18。

多单体接枝聚丙烯对干态和湿态玻纤增强尼龙6性能的影响

通过熔融共混法,加入自制的多单体接枝聚丙烯(PP-g-MAH-EP)制备尼龙6(PA6)/玻璃纤维(GF)/PP-g-MAH-EP复合材料。研究了PP-g-MAH-EP对复合材料吸水前后静态和动态力学性能的影响,并通过扫描电镜与原子力显微镜分析试样断面微观形貌及微观力学性质的变化。结果表明,PA6/GF/PP-g-MAH-EP复合材料的吸水率随着PP-g-MAH-EP含量的增加逐渐降低,即PP-g-MAH-EP的加入能有效抑制PA6/GF复合材料的吸水率;在干态及相同吸水条件下,PA6/GF/PP-g-MAH-EP复合材料的力学性能明显优于PA6/GF。与PA6/GF相比,当PP-g-MAH-EP加入20 phr时,复合材料综合力学性能最好。PP-g-MAH-EP的加入,有效改善了纤维与尼龙6基体界面的粘接,吸水后的基体树脂在探针作用下的形变量明显降低。

芳纶纤维增强尼龙6复合材料的制备与性能

采用毛细管流变仪和差示扫描量热仪研究了尼龙6的热性能和流变特性,确定了芳纶纤维增强尼龙6复合材料的热压成型温度;制备了芳纶纤维增强尼龙6复合材料,研究了其微观结构和力学性能,并采用相控阵超声检测技术进行了无损检测。结果表明:芳纶纤维增强尼龙6复合材料的热压成型温度为245℃;尼龙6对芳纶纤维的浸渍效果较好,无损检测均未发现复合材料内部存在缺陷;复合材料的静态抗拉强度为279.7 MPa,其动态压缩强度和压缩模量均随应变速率的增加而增大,在高应变速率下呈脆性破坏。

多巴胺改性玻璃纤维增强尼龙6复合材料

基于贻贝黏附仿生原理,采用氧化/自聚的方法将多巴胺包覆到玻璃纤维表面,研究了不同浓度多巴胺改性的玻璃纤维对尼龙6树脂的增强效果,并与传统的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂(KH550)改性的玻璃纤维进行了对比。结果表明,多巴胺改性玻璃纤维/尼龙6复合材料的力学性能随多巴胺包覆含量增大呈先提高而后减小的趋势。其中,浓度为1 mg/mL的多巴胺溶液改性的玻璃纤维/尼龙6复合材料的力学性能最佳(拉伸强度和缺口冲击强度分别为127.5 MPa和9.3 kJ/m^(2)),优于KH550改性的玻璃纤维/尼龙6复合材料的力学性能,并且多巴胺改性玻璃纤维的过程不会产生挥发性有机化合物(VOC),是一种绿色环保的改性方法。

尼龙6短纤维-NR/SBR复合材料的研究

用RFL溶液作为纤维的增粘处理剂,研究了尼龙6短纤维-NR/SBR复合材料的物理机械性能和应力松弛特性;并利用抗平衡溶胀法(RES)和SEM分析了纤维与橡胶基质间的粘着效应以及复合材料的形貌结构。结果表明,经RFL处理的尼龙6短纤维与橡胶产生了强的粘着,并具有良好的分散性和取向性,从而使橡胶的物理机械性能得到很好的改善,并赋予复合材料显著的力学各向异性。

长玻纤增强PA6/OMMT/NMA复合材料的力学性能及热性能

采用熔融共混法制备了LGF/PA6/OMMT/NMA复合材料。通过差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、热变形温度测试仪、微机控制电子万能试验机研究了不同长玻纤(LGF)含量对PA6/OMT/NMA复合材料力学性能及热性能的影响。结果表明:随着LGF含量的增加,LGF/PA6/OMMT/NMA复合材料的结晶度、力学性能及热变形温度不断增加,当LGF含量为40%时,复合材料的拉伸、弯曲强度分别增至142.81、191.19 MPa,与PA6/OMMT/NMA复合材料相比,提高了125.67%、133.27%。同时,当LGF的含量从0增加到20%时,LGF对复合材料热变形温度的影响较大,热变形温度提高了43.4℃,而当LGF的含量从20%增加到40%时,热变形温度仅仅提高了3.57℃。LGF对复合材料结晶性能也有一定的影响,当LGF用量为30%时,复合材料的结晶度提高幅度最大,达到24.17%。

氰乙基三乙氧基硅烷改性玻璃纤维增强尼龙6研究

通过浸渍工艺对玻璃纤维进行了表面改性,并制得玻璃纤维增强型尼龙6复合材料。研究了玻璃纤维浸渍液中氰乙基三乙氧基硅烷质量分数对复合材料力学性能的影响,并与γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH 550)和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH 560)处理的玻璃纤维制得的尼龙6复合材料性能进行了对比。结果表明,随着玻璃纤维浸渍液中氰乙基三乙氧基硅烷质量分数的增加,经处理的玻璃纤维的质量损失率(800℃,下同)和复合材料的力学性能先升后降。浸渍液中氰乙基三乙氧基硅烷较佳的质量分数为1.0%,此时经处理的玻璃纤维的质量损失率为3%,氰乙基三乙氧基硅烷在玻璃纤维上的接枝效率较佳;复合材料的简支梁缺口冲击强度、拉伸强度和弯曲模量均达到最大值,分别为4.4 MPa、78.9 MPa和3580 MPa,与未改性玻璃纤维制得的复合材料相比,分别提高了57.14%、17.01%和5.89%;从提高复合材料冲击强度的角度看,氰乙基三乙氧基硅烷与KH 550的效果相当,且均优于KH 560的效果。从提高复合材料拉伸强度和弯曲模量的角度看,氰乙基三乙氧基硅烷的效果比KH 550略好。

一种耐刮擦增强PA6材料的制备及其吸湿行为研究

采用熔融挤出法将PA6树脂与玻璃纤维和玻璃微珠共混挤出,制得一种耐刮擦增强PA6复合材料,并探讨该种复合材料在一定环境下(60℃,80%RH)的吸湿行为,研究材料吸湿后力学性能和材料尺寸随吸湿率的变化。结果发现:基于PA6/GB/GF制得的复合材料性能优异,该种材料吸湿后,尺寸有轻微变大,强度刚性下降,韧性显著提升。

空心玻璃微珠/玻璃纤维增强PA6复合材料的制备和研究

通过双螺杆挤出机熔融挤出,将空心玻璃微珠(HGS)和玻璃纤维(GF)按比例加入到增强PA6材料体系中,制得HGS/GF/PA6复合材料,研究复合材料的比重和力学性能。结果发现:以质量分数为30%的典型填充量增强PA6材料中,随着HGS比例增加和GF比例减少,复合材料的比重和力学性能降低,材料轻量化效果明显;随着HGS比例减少和GF比例增加,复合材料的比重和力学性能上升;同时,以HGS/PA6和GF/PA6作为复配母粒混匀制得的HGS/GF/PA6复合材料,比在双螺杆挤出机将HGS、GF和PA6共混挤出制得的HGS/GF/PA6复合材料综合性能要好。

纳米尼龙丝的制备及性能

用静电纺丝这种制备直径在纳米级到微米级间超细纤维的新技术,成功地制备出纳米级尼龙6纤维丝及其平行丝。研究了纺丝过程中的工艺参数对纤维形态的影响,以及尼龙6电纺丝的力学性能。

纺织结构碳纤维增强尼龙基复合材料的成型加工及力学性能

纺织结构碳纤维增强尼龙6（CFF/PA6）复合材料的力学性能优于短、长纤增强材料,但成型加工较困难。文中提出一种基于碳纤维（CF）表面改性的CFF/PA6成型方法,研究了多种CF表面改性处理法及模压成型压力对材料力学性能的影响。发现在氮气氛围中400℃高温处理4h可有效去除CFF表面浆料,通过饱和的尼龙/甲酸溶液处理24h可使CF表面活化、与PA6形成氢键,并使PA6以黏度较低的溶液状态渗透CFF丝束内部,孔隙率从8.05%降至0.81%。进而采用薄膜叠层模压法制备CFF/PA6,在250℃,2.5~3.0 MPa下加载10min,所得材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别达到464.48 MPa,698.47 MPa和95.3kJ/m2,较未经表面处理的材料提高40%~50%。利用扫描电子显微镜可以看到,所制备的复合材料具有良好的基体-增强体浸润性和较强界面。

高流动性星型尼龙12的合成与表征

在均苯三甲酸的存在下,进行十二内酰胺的水解聚合,合成了四种不同臂长的三臂星型尼龙12,对产物的分子量进行了测定,并对其力学性能和流变行为进行了研究。结果表明,星型尼龙12的分子量随着均苯三甲酸含量的提高而降低,与相应分子量的线型尼龙12相比,星型尼龙12的拉伸强度和弯曲强度基本保持,冲击强度保持率在80%以上,断裂伸长率最大降低了25%,相对黏度降低了17%,熔融指数提高了近15倍,平衡转矩减小了近92%,表现出较好的流动性。