不同维度二氧化硅/天然橡胶复合材料制备及性能研究

使用双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPT)改性三种维度二氧化硅(SiO_(2))填充天然橡胶制备复合材料,借助FI-TR、DMA、阿克隆磨耗机等对其进行表征。结果表明,SiO_(2)未改性时,零维SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最高的抗湿滑性能和最低的滚动阻力;一维SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最高的交联密度;二维SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最高的填料-橡胶相互作用和耐磨性。经过TESPT改性后,一维改性SiO_(2)/天然橡胶复合材料展示了最高的交联密度、拉伸强度、抗湿滑阻力和耐磨性,二维改性SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最低的滚动阻力。相对于未改性SiO_(2),三种维度改性SiO_(2)/天然橡胶复合材料硫化时间减小,焦烧行为改善,交联密度增大,填料在基体中分散性变好,填料-橡胶相互作用提高。

芳纶浆粕补强炭黑/氟醚橡胶复合材料的研究

研究芳纶浆粕对炭黑N990/氟醚橡胶复合材料的物理性能、微观结构和耐低温性能的影响,为高性能氟醚橡胶复合材料的开发提供参考。结果表明:添加1份未经热处理芳纶浆粕和热处理芳纶浆粕的氟醚橡胶复合材料的硫化特性和动态力学性能无明显变化,100%定伸应力、300%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度提高;热处理芳纶浆粕在橡胶基体中的分散性和与橡胶基体的界面粘接性较好,对氟醚橡胶复合材料的补强效果更为显著;添加1份未经热处理芳纶浆粕和热处理芳纶浆粕对氟醚橡胶复合材料的耐低温性能影响较小,可在保持氟醚橡胶复合材料良好的耐低温性能的基础上提高其物理性能。

离子液体改性白炭黑/天然橡胶复合材料的制备及性能

用离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(AMI)改性白炭黑(SiO_2),制备改性白炭黑/天然橡胶(NR)复合材料。采用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜等方法分析了改性前后白炭黑的微观结构,研究了AMI对SiO_2/NR复合材料结构与性能的影响。结果表明,AMI改性白炭黑可明显提高白炭黑的分散性,减小白炭黑在橡胶基体中的实际分布粒径,提高白炭黑与橡胶基体的界面相互作用,增加橡胶复合材料的结合胶含量,提高复合材料的综合力学性能。当AMI用量为2 phr时,白炭黑在橡胶基体中的分散性最好,分布粒径最小,结合胶含量最高,综合力学性能最好。与未改性的SiO_2/NR复合材料相比,AMI-SiO_2/NR复合材料拉伸强度提高了18%,撕裂强度提高了41.4%,300%定伸应力提高了39.2%,100%定伸应力提高了25%。

改性白炭黑与炭黑协同增强天然橡胶复合材料

为了改善填料的分散性,采用离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(AMI)改性白炭黑(SiO2),并制备改性白炭黑/炭黑/天然橡胶复合材料,通过傅里叶红外光谱(FT-IR),扫描电镜(SEM),动态力学分析仪(DMA),热失重分析仪(TGA)等分析方法,研究AMI改性对白炭黑/炭黑/天然橡胶复合材料微观结构、力学性能、动态力学性能的影响。结果表明:经AMI改性后,白炭黑粒子间的相互作用减小,团聚倾向减弱,且与炭黑并用后在橡胶复合材料基体中的分散性改善,弥散效应和界面作用增强,改性复合材料的硫化反应活化能降低,综合力学性能提高。此外,离子液体用量的提高有助于复合材料分子链有序性的增加,使复合材料的热稳定性增强。可见改性白炭黑与炭黑并用对橡胶有很好的补强效果。

有机湿法改性白炭黑对天然橡胶复合材料性能的影响

分别采用双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物(偶联剂Si69)、离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMI)、离子液体1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑(AMI)对白炭黑进行改性,制备改性白炭黑/天然橡胶(NR)复合材料。研究改性剂对改性白炭黑/NR复合材料的微观结构、硫化特性、物理性能和动态力学性能的影响。结果表明:改性白炭黑的粒径明显减小,其在橡胶基体中的分散性改善,与橡胶基体之间的相互作用增强;改性白炭黑/NR复合材料的硫化速率加快,物理性能明显提高;与偶联剂Si69相比,两种离子液体明显提高改性白炭黑/NR复合材料的硫化效率和物理性能;在相同的应变和频率下,白炭黑/NR复合材料的储能模量从大到小的填料顺序为AMI改性白炭黑、BMI改性白炭黑、偶联剂Si69改性白炭黑、未改性白炭黑;AMI改性白炭黑/NR复合材料的综合性能最好。

PA66短纤维/天然橡胶复合材料的制备及性能研究

尼龙66(PA66)短纤维具有质轻、强度高、耐热性强等优良性能,是橡胶复合材料中常用的增强材料。为改善纤维和橡胶的界面粘结,首先采用高效环保的紫外光辐照纤维表面,在此基础上接枝端羧基液体橡胶进行改性,制备了PA66短纤维/天然橡胶复合材料,考察了紫外光辐照时间对纤维及复合材料性能的影响。结果表明,紫外光辐照PA66短纤维表面4min,浸渍2g液体橡胶后,PA66短纤维/天然橡胶复合材料的100%定伸应力提高了11.3%,300%定伸应力提高了9.23%,PA66短纤维与天然橡胶复合材料的界面粘结效果得到明显改善。

胶乳包覆对芳纶浆粕增强高苯乙烯丁苯橡胶复合材料性能的影响

采用丁吡胶乳和天然胶乳对芳纶浆粕(AP)纤维进行包覆,考察胶乳包覆AP对高苯乙烯丁苯橡胶复合材料性能的影响。结果表明:AP纤维经过胶乳包覆后,硫化胶的储能模量提高,纤维与橡胶基体间形成柔性界面,界面粘结性提高;复合材料的100%和300%定伸应力提高,丁吡胶乳包覆AP的复合材料综合力学性能较好;经过疲劳测试后,丁吡胶乳包覆AP的复合材料的复数模量保持在较高水平。

芳纶纤维表面处理及其增强天然橡胶复合材料的研究

通过对芳纶纤维(AF)进行预处理达到改善纤维与橡胶的界面粘接状况。首先采用磷酸(H3PO4)对纤维进行刻蚀,然后再用多巴胺(DOPA)在纤维表面涂覆,并在此基础上对纤维进行接枝改性,制备芳纶纤维增强天然橡胶(NR)的复合材料(AF/NR复合材料)。红外光谱、扫描电子显微镜检测表明不同的处理方法均改善了纤维和复合材料的界面粘接。力学性能测试显示经硅烷偶联剂双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(Si69)二次改性后的AF/NR复合材料的综合性能最好,100%定伸应力和撕裂强度达到最大值,分别为4.93MPa和95.94kN/m,与纯AF复合材料相比,分别提高了26.4%和13.9%。

双尺度炭黑粒子复配对天然橡胶复合材料性能的影响

采用炭黑N660、N110复配制备炭黑/天然橡胶复合材料。通过扫描电镜(SEM)和橡胶加工分析仪(RPA)等表征方法对不同互配比的炭黑/天然橡胶复合材料的微观结构及性能进行表征。研究了不同互配比的炭黑对天然橡胶复合材料的动态力学性能及耐切割性能的影响。研究结果表明,恰当的双尺度炭黑复配可降低炭黑粒子之间的相互作用,从而明显改善炭黑在橡胶复合材料中的实际分布粒径,提高炭黑的分散性。橡胶复合材料的动态损耗可能是橡胶分子链之间的摩擦损耗、橡胶和炭黑的界面摩擦损耗、炭黑粒子之间的摩擦损耗共同作用的结果。当炭黑N110和N660互配比为40:10时,试样良好的实际粒子分散性和较高的结合胶含量使其具有最小的动态损耗因子,同时表现出最好的耐切割性能。

超支化聚酯对大麻纤维/天然橡胶复合材料性能的影响

采用超支化聚酯多元醇(BoltornTM P500)改善大麻纤维/天然橡胶(HF/NR)复合材料的界面结合,提高复合材料的力学性能。研究了P500对HF/NR复合材料力学性能的影响,并对P500在复合材料中的作用机制进行了探究。通过碱(NaOH)处理增加HF表面羟基(-OH)含量,进一步说明P500与HF之间的作用机制。力学性能测试结果表明,加入P500后HF/NR复合材料的力学性能提高明显。复合材料的拉伸强度从20.2 MPa提高至21.58 MPa,100%定伸应力从1.83 MPa增加至2.67 MPa,同时材料的断裂伸长率和撕裂强度也有不同程度的提高。扫描电镜、动态力学性能及橡胶加工分析发现,加入P500后复合材料中HF与NR之间的结合更加紧密。

纳米氧化锌/二氧化硅杂化体的制备及其对天然橡胶复合材料性能的影响

采用3-氰基丙基三乙氧基硅烷(CTOS)对二氧化硅(SiO2)进行了氰基化改性,并采用热溶剂法将纳米ZnO沉积于氰基官能化SiO2(SiO2-CN)表面,制备出纳米氧化锌/二氧化硅杂化体(ZnO@SiO2),并使用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜等对杂化结构进行表征。将ZnO@SiO2作为填料添加入天然橡胶中制备复合材料(NR/ZnO@SiO2),然后对ZnO@SiO2与橡胶的界面关系进行了分析,并研究了ZnO@SiO2对橡胶复合材料的硫化特性、力学性能的影响。结果表明,纳米ZnO成功沉积在SiO2-CN表面,并且NR/ZnO@SiO2复合材料表现出优异的机械性能和硫化特性。与天然橡胶相比,仅添加5份杂化体的NR/ZnO@SiO2复合材料的拉伸强度、100%定伸及300%定伸强度分别增加了150.2%、86.2%和65.5%,并且正硫化时间缩短了38.5%。

多壁碳纳米管负载银/微晶纤维素定型复合相变材料的制备及性能研究

利用相变材料储存热能是提高传统能源利用效率与开发各种新能源的有效方法。固-液相变储能材料具有成本低、凝固点调节范围宽和相变焓值大等优势,成为相变材料中应用极为广泛的相变材料之一。然而,由于相变材料在使用过程中会出现低导热率和泄漏问题,在极大程度上限制了相变材料的实际应用。为了解决以上问题,本工作将负载银纳米粒子的氧化碳纳米管(O-MWCNTs)引入到微晶纤维素(MCC)基体中制备了微晶纤维素/多壁碳纳米管负载银(MCC/Ag-MWCNTs)三维多孔骨架,利用MCC/Ag-MWCNTs复合骨架吸附棕榈酸(PA)得到了MCC/Ag-MWCNTs/PA(Ag-PMCT)复合相变材料。O-MWCNTs上丰富的银纳米粒子在碳纳米管上形成微“桥梁”,从而构筑完整的导热路径,进一步提高复合相变材料的储热性能。同时,MCC/Ag-MWCNTs复合三维骨架展示出良好的封装效果和形状稳定性。本工作所制备的Ag-PMCT复合相变材料在建筑节能领域和电子器件热管理方面具有潜在应用,同时为碳基材料和金属粒子共同增强相变材料的导热性提供了一种新的思路。

根管充填用杜仲胶/四针状氧化锌复合生物材料性能研究

牙胶(GP)作为根管充填材料已经有150多年的历史,被认为是封闭根管材料的“金标准”,但由于GP导热性能差严重影响了根管治疗效果。通过引入四针状氧化锌(T-ZnOw)导热填料,以自提杜仲胶(EUG)作为基体材料,制备了杜仲胶/四针状氧化锌(EUG/T-ZnOw)复合生物材料。研究了T-ZnOw对EUG/T-ZnOw复合生物材料的导热、力学以及充填性能的影响机制。结果表明:相比于ZnO,T-ZnOw明显提高了复合材料的导热性能、力学性能以及充填性能,并得出T-ZnOw质量分数为70%的EUG/T-ZnOw复合生物材料显示了良好的综合性能。

改性多层氧化石墨烯/二氧化硅材料的制备及对天然橡胶的增强作用

采用乳液共混与机械剪切法制备改性多层氧化石墨烯(MGO)/二氧化硅(SiO2)/天然橡胶(NR)复合材料。采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等方法分析了改性MGO/SiO2的微观结构,研究了改性MGO/SiO2互配填料对天然橡胶的增强作用。结果表明,经双偶联剂改性的MGO/SiO2可以形成片球三维结构,可有效改善MGO的层叠现象,并减小SiO2粒子在橡胶基体中的分布粒径,提高填料与NR基体的界面相互作用,增加橡胶复合材料的结合胶含量,提高复合材料的综合力学性能。与MGO/SiO2(0/50)/NR复合材料相比,MGO/SiO2(3/47)/NR复合材料的拉伸强度、100%定伸应力和300%定伸应力分别提高了7%、50%、42%,耐切割实验的质量损失下降了43%。

芳纶短纤维的改性浸胶预处理对填充的三元乙丙橡胶材料性能的影响

芳纶短纤维(AF)因具有高模量、耐高温以及耐化学稳定性等优异性能而得到广泛应用。然而,AF表面高度结晶且呈化学惰性导致制备的复合材料界面黏接较差,难以充分利用其优异性能。文中首先对AF进行热氧化处理,再使用CaCl_2乙醇溶液进行处理,最后用极性的丁吡胶乳浸渍处理得到改性浸胶预处理AF,重点研究了不同改性预处理方法对AF填充的三元乙丙橡胶(EPDM)界面黏合性能的影响。实验结果表明,AF经复合处理后所制备的复合材料性能提高显著,其100%定伸应力、横向撕裂强度和纵向撕裂强度比未改性AF制备的复合材料分别提高了50.00%、78.95%和52.35%,相对滑脱能提高205.83%。动态力学热分析仪(DMA)和扫描电镜(SEM)结果表明,复合处理AF制备的复合材料纤维与橡胶界面黏接最好。

纤维素基多孔骨架/棕榈酸定形复合相变材料的制备及性能研究

有机相变材料低导热性和相变过程中液相物质容易渗漏问题的解决是促进其获得广泛应用的关键。以环氧氯丙烷(ECH)作为交联剂,通过化学交联微晶纤维素(MCC)和氧化多壁碳纳米管(O-MWCNTs)水性共混物的方法制备了一种新型导热多孔骨架,然后利用真空浸渍将棕榈酸(PA)吸附到骨架中,实现了对PA封装的同时增强其导热性。即使在高于PA熔点的温度下被热压,复合相变材料仍可以保持原有形状而无明显泄露,展现出优异的封装性和形状稳定性。当O-MWCNTs的质量分数为4.44%时,复合相变材料的导热系数为0.493W/(K·m),比纯PA增加了128.2%,且此时复合相变材料仍保持157.3J/g的熔融潜热,具有较高的储能密度。

聚乙烯醇气凝胶多孔骨架结构对相变材料的封装及导热性能影响研究

通过冷冻干燥技术制备了不同多孔特征的聚乙烯醇(PVA)骨架,采用真空浸渍法将聚乙二醇(PEG)、硬脂酸(SA)、石蜡(PW)这3种有机相变材料(PCMs)吸附在PVA骨架内,研究了不同孔特征的PVA骨架对复合PCMs性能的影响以及PVA骨架吸附不同相变材料的性能。结果表明:PVA骨架的孔隙率和孔容由PVA前驱溶液的浓度决定,浓度越大,PVA的孔隙率和孔容越小,但其力学性能越好,7%PVA骨架在80%应变时的压缩应力达到了5.57MPa。PVA骨架与PCMs之间的界面热阻使复合PCMs的导热系数相对于纯PCMs有所降低,且孔隙率越小这种降低越明显。相对于SA和PW,PVA骨架在支撑PEG时表现出更好的形状稳定性和负载能力。同时,PVAs-PEG复合相变材料表现出更高的结晶度(Fc>92%)和更小的界面热阻,表明PVA骨架更适合用作PEG的支撑材料。

芳纶纤维对炭黑/丁苯橡胶复合材料疲劳行为的影响

使用短芳纶纤维(AF)增强炭黑/丁苯橡胶(CB/SBR)复合材料,研究AF对复合材料疲劳行为的影响。在应力控制条件下,少量AF的加入使缺口试样的疲劳寿命提高了25.5倍;疲劳使试样的储能模量(G′)降低,AF的加入使疲劳后试样的Payne效应降低,G_0′/G_(100)′值降低10.5%;复数模量随疲劳周期增加而降低,但少量纤维能使复合材料的复数模量保持在较高的水平,30 000周疲劳下AF-CB/SBR的复数模量仍为CB/SBR的1.73倍;疲劳后AF-CB/SBR复合材料的100%和300%定伸应力随疲劳变形量的增加而先增大后降低,断裂伸长率有所下降。试样疲劳后相对于拉伸变形量,纤维的增强作用产生滞后效应,相对界面滑脱能随疲劳应变幅度的增加而降低;SEM结果显示,疲劳后橡胶基体出现一定的剥离,纤维与橡胶界面受到损伤。

碳纳米管增强硅橡胶的导热和力学性能研究

碳纳米管(CNT)具有较高的热导率,因而有巨大的潜在应用。为研究碳纳米管用量对硅橡胶(SR)导热和力学性能的影响,通过应变扫描、扫描电镜、力学性能、热失重等对CNT/SR复合材料进行了表征。结果表明,复合材料的储能模量随着应变的增加逐渐降低,表现出明显的Payne效应;随着碳纳米管用量的增加,胶料的正硫化时间延长,最大转矩和最小转矩差值增加,拉伸强度、拉断伸长率、100%定伸应力和撕裂强度也相应得到改善;与纯硅橡胶相比,CNT/SR复合材料的热导率最多提升了139.2%,达到0.4237 W/(m·K);CNT/SR复合材料还具有良好的热稳定性,其600℃时的质量损失率随着碳纳米管用量的增加有所降低。

淀粉基吸水凝胶材料研究进展

淀粉基吸水凝胶材料是由淀粉、接枝单体或其他物理共混材料构成,具有成本低、吸水性能好、生物相容性好及可降解性等优点,被广泛应用于组织工程、药物输送、农业、环境保护等领域。介绍了淀粉基吸水凝胶材料的发展进程,综述了淀粉接枝单体水凝胶、淀粉复合水凝胶的研究进展及应用情况,并对未来淀粉基水凝胶的研究方向进行了展望。