超高分子质量聚乙烯纤维的浸轧阻燃整理

采用浸轧工艺将间苯二酚双(二苯基磷酸酯)(RDP)吸附到纤维表面,以提高超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维的阻燃性能。研究了RDP质量分数、浸泡时间及轧车压力对增重率的影响。当RDP质量分数为20%,两次浸泡时间分别为60 min和40 min,轧车压力为0.1 MPa时整理效果最佳。采用衰减全反射-红外光谱(ATR-FTIR)、热重分析(TG)以及扫描电子显微镜(SEM)对纤维表面进行微观结构表征,发现浸轧整理后,RDP成功吸附在纤维表面,且纤维的燃烧性能得到明显改善。随着RDP吸附量的增加,纤维断裂伸长率逐渐降低。

聚酰亚胺纤维/石英纤维混杂增强复合材料的制备及性能研究

结合石英纤维(QF)界面性能好、压缩性能优异以及高强高模聚酰亚胺(PI)纤维密度低、模量高的优势,通过层间混杂设计制备了一系列PI/QF混杂增强复合材料,讨论了混杂比和铺层结构对复合材料弯曲性能、压缩性能和介电性能的影响。结果表明:与石英纤维增强复合材料相比,聚酰亚胺增强复合材料具有更为优异的弯曲性能和在小应变下的抗压缩变形能力,但是压缩强度方面仍有不足;混杂增强复合材料均表现出优异的介电性能,介电常数在2.95~3.3之间,介电损耗小于8.0×10^(-3)。

PAN基高模量碳纤维

作为碳纤维家族中的重要一员，高模量碳纤维在航天领域一直发挥着不可替代的作用。尤其是近年来，随着国内碳纤维产业的逐步形成与发展壮大，以及各个碳纤维应用领域对材料性能要求的不断提高，高模量碳纤维因其突出的刚性、尺寸稳定性等特质正在成为人们新的关注点。在这种背景下，如何正视和解决高模量碳纤维生产中的技术难题、实现高模量碳纤维的国产化、加速推进我国高模量碳纤维的产业化进程显得尤为重要。

聚酰亚胺/超高分子量聚乙烯纤维混杂增强复合材料防弹性能

针对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强防弹复合材料背部凸起(BFS)较高的不足,本研究充分利用聚酰亚胺(PI)纤维耐高温、高模量的优势,制备了一系列PI和UHMWPE纤维混杂复合材料靶板,研究了混杂靶板的铺层结构和混杂比例对比吸收能(SEA)值和背部凸起(BFS)值的影响,分析了混杂靶板防护作用机制。结果显示:PI纤维的使用可以在不影响SEA值的情况下有效限制BFS值,其中两极铺层结构(H3、UHMWPE/PI)和夹芯铺层结构(H4、PI/UHMWPE/PI)表现出混杂正效应,两种结构的SEA值和BFS值分别可达193.2 J·m^(2)/kg,17.40 mm和208.9 J·m^(2)/kg,17.77 mm,表现出优异的防弹性能。

PAN纤维预氧结构高温演变及其对热稳定性的影响

在惰性气氛条件下，将PAN预氧纤维在280～380℃进行热处理，通过固体核磁、元素分析、激光拉曼光谱、X射线光电子能谱及热重分析等方法研究了PAN预氧纤维在高温热处理过程中的结构演变及其对热稳定性的影响规律。结果表明：热处理过程中，PAN纤维内部发生了分子内环化、分子间环化、环结构及氧结构的重排等反应，随着热处理温度升高，环化程度加深，含氧结构减少；热稳定性研究表明，经过340℃处理的纤维结构规整度高，热稳定性较好。

聚酰亚胺纤维复丝拉伸性能测试影响因素的研究

采用TG、DSC和万能材料试验机对聚酰亚胺纤维浸胶复丝拉伸性测试方法进行了研究。考察了不同测试条件下,聚酰亚胺纤维拉伸强度、表观拉伸弹性模量和断裂伸长率的变化规律。研究结果表明,聚酰亚胺纤维的拉伸性能样品制备条件有很大关系,影响因素包括含胶量、固化张力和胶液种类。含胶量低于40%时,纤维力学性能比正常值低。制样时施加适当的固化张力可得到较高的拉伸性能。对比环氧E51和E44两种树脂两种固化体系,采用E51的拉伸强度和断裂伸长率更大。加载速率低于80mm/min时,其对拉伸性能几乎没有影响。

密胺树脂多孔材料的制备及对二氧化碳的吸附

以三聚氰胺与甲醛为原料,二甲苯为分散相,利用浓乳液模板法合成了密胺树脂多孔材料。研究了预聚过程以及不同单体配比、分散相体积分数和乳化剂用量对密胺树脂多孔材料结构的影响。结果表明,当预聚温度为75℃,预聚时间为20min,预聚体系pH值为8时,得到的预聚物可以制备出稳定的浓乳液。当单体配比n(三聚氰胺)∶n(甲醛)=1∶3,分散相体积分数为85%,乳化剂的量为20%时,可以制备出比表面积为3.317m^2/g的密胺树脂多孔材料。所制备的多孔材料可用于吸附二氧化碳,最大吸附量为60.3mg/g。

浓乳液模板法制备多孔二氧化碳吸附材料

首先通过浓乳液模板法制备了多孔二氧化硅基体,然后采用物理浸渍法将聚乙烯亚胺引入到二氧化硅基体内,制备出一种氨基功能化的多孔二氧化硅材料。采用红外光谱、扫描电镜以及比表面积测试(BET)对材料的结构与形貌进行了表征,分析了浓乳液分散相体积分数对二氧化硅多孔结构的影响。最后研究了固载聚乙烯亚胺(PEI)的二氧化硅多孔材料的二氧化碳吸附性能。结果表明,随着浓乳液分散相体积分数的增加,聚苯乙烯模板材料的泡孔直径减小,由此制得的多孔二氧化硅的平均孔径减小,负载PEI后此种材料的比表面积、孔隙率和孔径均变小,最终所制备的多孔结构固体二氧化碳吸附材料具有吸附容量大与吸附可再生性好的特点,75℃最大吸附容量为3.28 mmol/g。

溶液特性对聚丙烯腈初生纤维凝聚态形成的影响

运用流变仪表征溶液特性,通过调节单因素凝固牵伸倍数制备不同聚丙烯腈(PAN)溶液的初生纤维,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外、热机械分析仪对其进行分析研究。结果表明,凝固相分离过程中,溶液特性(即分子链运动能力)影响着初生纤维凝聚态的形成,相同外场下,分子链运动能力强的溶液形成的初生纤维凝聚态结构更规整,内部分子链类螺旋构象含量和结晶度均较高;溶液特性对凝聚态的作用程度会受到凝固牵伸倍数的影响,但改变凝固牵伸倍数不会改变此作用规律。

牵伸对石墨纤维结构和力学性能的影响

以一种典型国产碳纤维为原材料,借助XRD、密度梯度仪和力学测试研究了不同石墨化温度2100℃、2300℃下,不同的牵伸率对聚丙烯腈基(PAN)石墨纤维结构和力学性能的影响。结果表明:在一定的石墨化温度下,随着牵伸率的增大,碳纤维的体密度、弹性模量和抗拉强度均增大。同时,石墨微晶尺寸(Lc、La)与取向度均随其热牵伸比的增加而增大。此外,在同一牵伸比条件下,随热处理温度的升高,弹性模量增加,抗拉强度下降,石墨微晶尺寸(Lc、La)与取向度均随热处理温度的升高而增大。

聚丙烯腈纤维非晶区的取向结构

基于聚丙烯腈(PAN)纤维中氰基缔合,非晶分子链取向并形成短程有序的堆叠结构,采用X射线衍射仪、声速仪和傅里叶变换红外光谱仪对不同牵伸倍率的PAN纤维的非晶区取向结构进行表征,利用取向因子(fa)和取向相分数(Fa)来研究非晶区取向结构,同时提出了PAN纤维非晶区取向结构演变示意图。结果表明,用X射线衍射法所测得的非晶区取向因子与通过声速法计算所得的非晶区取向因子吻合较好,PAN纤维的非晶区取向因子随牵伸倍率的增加而增大,到某一值时增长趋势逐渐变缓;非晶区取向相分数先降低后增加。

凝固张力对聚丙烯腈初生纤维凝聚态的作用机理

控制纺丝工艺中外场条件恒定,通过改变单因素凝固张力制备聚丙烯腈(PAN)初生纤维。运用X射线衍射、傅里叶变换红外、张力仪进行研究,探讨凝固张力对初生纤维凝聚态的影响,并分析其内在作用机理。结果表明,在凝固相分离过程中,凝固张力值影响着分子链构象状态和初生纤维的结晶性;随着凝固张力的增大,分子链螺旋构象成分逐渐增多,结晶度先降低后升高。外加凝固张力和内部分子链构象共同影响着初生纤维的结晶性。

氮对碳纤维石墨化的影响

用元素分析、X射线衍射和拉曼光谱等手段对不同结构成分的石墨纤维进行表征,研究了石墨结构与纤维中氮的关系。结果表明:在高温石墨化过程中,随着氮的减少,石墨微晶堆叠厚度和宽度不断增大,纤维的晶区取向度和石墨化度提高。氮含量大于0.08%时,石墨片层中有氮原子的位置会扭曲变形,不利于石墨微晶的生长,石墨微晶大小、晶区取向度及石墨化度增长比较缓慢;当氮元素含量小于0.08%时,由氮引起的石墨片层缺陷很少,石墨微晶大小、晶区取向度及石墨化度的增长速率随氮的减少而大幅度提高。脱除氮原子虽然不能引起石墨片层的生长,但是含氮石墨片层生长的控制步骤。

二乙基次膦酸铝/淀粉阻燃聚乳酸的研究

采用二乙基次膦酸铝(Al Pi)和淀粉复配对聚乳酸(PLA)进行阻燃改性。结果表明,阻燃剂质量分数为20%(Al Pi/淀粉质量比1/3)时,样品在垂直燃烧测试中达到UL94 V-0等级,极限氧指数(LOI)提高到25.2%。通过热重分析和热分解固相产物的红外光谱分析可知,该体系的阻燃机理还是以气相阻燃机理为主。淀粉的加入对PLA力学性能影响较大。

高柔韧性环氧树脂胶粘剂的制备与性能

以聚丙二醇二环氧乙烷甲基醚（牌号1217）作为环氧树脂（EP）体系的柔韧剂,以柔性聚酰胺（牌号2766）和普通聚酰胺（牌号3140）为固化剂,制备了柔韧性良好的EP胶粘剂。研究结果表明：当w（2766）=80%（相对于EP质量而言）时,EP/2766体系的拉伸强度为22.94 MPa、断裂伸长率为10%;当w（3140）=70%（相对于EP质量而言）时,EP/3140体系的拉伸强度为60.00 MPa、断裂伸长率为2%~4%。当EP与1217共混时,随着1217掺量的增加,树脂组分的黏度呈指数式下降态势;当w（1217）=20%（相对于EP质量而言）、m（1217）∶m（2766）=1.3∶1时,EP/1217/2766体系的断裂伸长率（为37%）和铝-铝胶接件的拉伸剪切强度（为22 MPa）相对最大。

H_(12)MDI聚氨酯弹性体微相分离研究

以4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)/1,4-丁二醇(BDO)为聚氨酯硬段,分别以聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)为软段合成了硬段含量(质量分数,下同)为23%～50%的聚氨酯弹性体。借助IR、DSC等分析手段研究了其微相分离结构,并针对所制备弹性体进行力学性能表征。结果表明,硬段含量对H12MDI基弹性体的软段玻璃化温度影响很小;硬段含量的增加,PTMEG型PU的微相分离程度随之先降低后增加,而PBA型PU的微相分离程度则随之降低;以PBA为软段的H12MDI基弹性体在硬段含量为40%时力学性能达到最优。

聚合物表面光化学改性研究进展

聚合物表面改性是提高聚合物制品性能,拓展其应用范围的重要手段;而光化学改性是其中广泛应用的方法之一。文中以笔者实验室近年的研究为基础,结合这一领域国内外的重要研究成果,概述了通过在聚合物表面实施光感应CH键转换反应引入单层官能团、聚合物接枝链及构筑三维微/纳结构的一些新方法,重点介绍了相关方法涉及的反应机理及代表性的应用成果,并对今后的发展前景予以展望。

单官能POSS的合成及性质研究

以七异丁基三硅醇POSS和三氯硅烷或三乙氧基硅烷化合物为原料,用"顶角-盖帽法"得到了一系列单官能POSS化合物。利用FT-IR、1 H-NMR、29SiNMR、DSC、XRD、TGA等对它们进行了结构表征和性能研究,并将这些化合物的特征红外吸收峰、核磁化学位移值、结晶性能、熔点、热降解行为与八异丁基POSS进行了比较,发现不同取代基团对POSS的物性有显著地影响,特别是惰性气氛下的热分解行为存在显著差异。

尼龙66织物的不熔融阻燃整理

通过后整理工艺,将硫脲(TUR)和氨基磺酸胍(GAS)组成的复配阻燃液浸轧到尼龙66织物中,以赋予织物阻燃和抗熔滴性能;并采用氧指数仪、垂直燃烧测试仪和锥形量热仪对处理后的织物样品进行阻燃性能表征。当阻燃液质量分数为20%,硫脲和氨基磺酸胍的配比为4∶2时,处理后样品的阻燃性能最佳,其氧指数值从20.3%提高到30.4%,损毁长度由15.9 cm降至6.8 cm,续燃时间由79.0 s降至0 s,无熔滴现象,热释放速率峰值由436.4 k W/m2降为321.9 k W/m2。分析表明,硫脲和氨基磺酸胍在尼龙66织物阻燃中存在明显的协同效应,两者均主要在气相中发挥作用,硫脲和氨基磺酸胍受热分解,可释放出大量含硫和氮的不燃气体,稀释燃烧区的可燃气体和氧气,从而促进火焰熄灭。

层状有机高岭土杂化材料和插层机理

有机高岭土是有机分子(客体)插层或取代插层到高岭土(层状主体)而生成的层状杂化材料。有机高岭土的插层过程是典型地由主客体相互作用(非共价键)驱动的分子识别过程,可用诱导适配模型描述,主客体复合物的形成不仅需要主客体的空间匹配,而且主客体之间需有非共价键相互作用。本文综述直接和置换插层高岭土的原理、结构模型和模拟等研究进展。