低熔点PET/PU夹芯复合材料制备及其保温隔热性能

为开发保温隔热效率高且兼具力学性能的建筑节能材料,采用一体发泡成型方法将低熔点PET非织布和软式聚氨酯进行复合组装,利用两者各自的保温隔热性能及复合材料结构承力特性开发出一种新型夹芯复合保温隔热材料。实验探讨了夹芯结构中面板克重和芯材厚度对力学性能和保温隔热性能的影响,结果表明面板克重高的夹芯复合材料具有较高的断裂强力,并且复合材料厚度为2 cm时,芯材和面板在拉伸载荷作用下协同性最佳,达到最大断裂强力868.8 N,比同规格的低熔点PET非织布断裂强力提高了2.7倍;在40℃热辐射环境下,高克重面板夹芯复合材料的保温隔热温度均低于29℃,最低可达27.4℃,且导热系数在厚度最高时可低至0.005 W/(m·K),比传统建筑保温材料的导热系数低6~10倍。

基于正交实验方法优化PP/PLA复合材料薄膜力学性能研究

随着现代社会对多功能材料需求的增大,针对杂化复合材料的研究也不断深入。为了得到可生物降解的环保型杂化复合材料,本文将传统合成聚合物聚丙烯(Polypropylene,PP)和生物可降解材料聚乳酸(Polylactic acid,PLA)进行熔融共混,并加入马来酸酐(Maleic anhydride,MAH)进行增容,制备出PP/PLA杂化复合材料薄膜。将PP/PLA杂化复合材料薄膜力学性能作为评定标准设计正交实验,影响因素包括混合时间、马来酸酐添加量以及螺杆转速,每个因素设置三个水平。通过方差与极差分析得出马来酸酐添加量为最显著因素,并单独对其进行单因素分析,以确定最佳添加量。最终得出PP/PLA杂化复合材料薄膜最优工艺为混合时间8min,马来酸酐添加量0.8wt%,螺杆转速130r/min,此条件下其拉伸强度与弹性模量分别可达到25.08 MPa和1 288.74MPa,比未添加马来酸酐时分别提升了100%和140%。

芳纶/超高分子量聚乙烯织物增强聚氨酯夹芯复合材料制备及其力学性能

为开发出一种柔性防护材料,采用超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)与芳纶制备的平纹织物作为增强面板,软式聚氨酯(PU)作为芯材,利用纺织技术与一体发泡技术相结合制备了具有良好缓冲性能的夹芯结构柔性复合材料。同时,选用面密度相同的锦纶非织造布及玄武岩平纹布作为增强面板对比材料,对 3 类夹芯复合材料进行静态与动态力学性能测试。结果表明:芳纶/UHMWPE织物增强夹芯复合材料的力学性能优良,经向拉伸断裂强力为1 930 N,断裂伸长率为 5. 8%;纬向拉伸断裂强力为1 744 N,断裂伸长率为 6. 5%;在 7. 5 mm 处进入压实阶段,压缩形变为93%;冲击破坏强力为1 260N,吸收的总能量为13.4J,能量密度为4.95J/g;芳纶/UHMWPE织物增强夹芯复合材料在保证质轻的基础上,具有良好的能量吸收效果。

耐用多功能光热阻燃织物的制备及应用

为制备日间可自加热且防火性能优异的多功能光热阻燃织物,采用聚多巴胺修饰的芳砜纶非织造布作为亲水基材,Fe_(3)O_(4)作为光热功能材料,聚磷酸铵(APP)作为阻燃功能材料,通过浸渍将共沉淀法制备的Fe_(3)O_(4)微球借助黏性聚磷酸铵对其包裹功能涂层得到多功能阻燃光热织物。借助扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、时间-温度曲线以及点燃实验对光热阻燃织物的结构和性能进行表征,并观察织物在酸碱溶液放置后的形态以表征阻燃光热织物的耐用性。结果表明,光热阻燃织物在保持良好柔韧性的情况下,兼具Fe_(3)O_(4)优异的光热性能和APP的阻燃性能,在日间可升温至60℃以上,初遇火焰时难燃,12 s后离开火源织物自熄,并且在酸碱环境下仍保持良好的形态及耐用性。

动态线性电极静电纺PVA纳米纤维的可纺性

为了解决传统针式静电纺针头易堵塞不易产业化的问题,采用铜丝动态线性电极静电纺丝技术对PVA纳米纤维的可纺性进行研究。利用扫描电子显微镜研究了PVA溶液浓度、电压和纺丝距离对PVA纤维形貌及直径分布的影响。结果表明:随PVA溶液浓度降低,溶液粘度和电导率减小,纤维直径及其分布变小。且随纺丝距离增大,纤维直径变细,纤维形貌变好。当PVA浓度为10%(质量分数),电压80kV,距离30cm时,可制备出形貌良好的纳米纤维,其直径为433nm,产量高达6.8g/h;当PVA浓度为5%(质量分数),电压80kV,距离30cm,可纺最细纤维直径为96nm。本研究可为未来PVA静电纺纳米纤维膜的规模化制备提供参考。

表面处理对芳纶纤维物理和机械性能的影响

为了提高界面结合能力,采用空气等离子体对芳纶纤维表面进行改性,通过扫描电子显微镜观察处理前后纤维表面形貌的变化情况,对纤维力学性能及摩擦性能进行测试,优选出最佳处理工艺。进一步研究了纤维表面改性处理方式对纤维集合体力学性能和防刺性能的影响。结果表明:表面改性后芳纶纤维的摩擦系数增大,但强力有所下降,空气等离子体处理最佳条件为50Pa、50W处理5min。芳纶纤维表面经过等离子体改性后,无纺布锥刺的最大压缩载荷同比未处理样品提高了5.27%。

中空涤纶/不锈钢/竹炭保温透湿材料的开发及性能研究

通过花式捻线方法将中空涤纶、不锈钢长丝和竹炭纤维三种功能性纤维并捻获得复合纱线,利用纱线强度、毛羽和实际捻度测试,得到最佳的纱线纺制参数。并采用最佳工艺参数纺制的包绕纱线进行平纹织物织造,对其织物透湿性、远红外发射率以及保温性能进行测试表征,最终制备一种可用于防寒服的新型保温透湿织物。结果表明,缠绕捻度为上捻度200,下捻度0时,纺制的包芯纱具有最佳捻度。中空涤纶/不锈钢/竹炭织物透湿率为5 184g/(m2·24h),达到透湿织物透湿要求的2倍以上。一至四层织物的远红外发射率均在70%及以上,符合远红外发射率具有功能性结果的范围。织物克罗值达到7.355clo,高于极低温作业穿着克罗值51.6%,可满足极低温环境下的织物保温要求。织物保温率为62.43%,相比于棉、毛等传统纺织原料,织物保温率可以提升2倍以上。

动态线纺聚乙烯醇/海藻酸钠纳米纤维膜的制备

为了实现静电纺纳米纤维产量化的制备,使用自主设计的无针式动态线性电极静电纺丝机制备聚乙烯醇(PVA)/海藻酸钠(SA)(AP)纳米纤维膜。采用扫描电子显微镜(SEM)研究PVA/SA配比、收集距离和纺丝电压对纤维形貌及直径分布的影响。结果表明,PVA/SA配比对纤维形貌影响最大,随着SA含量降低,溶液牵伸顺利;在此基础上随着距离增加,纤维形貌逐渐改善但不匀率有所增加。当7.5%PVA与2%SA按体积比9∶1共混时,所得纤维形貌及直径分布最佳,最佳纺丝电压和距离分别为75 kV和25 cm,纤维平均直径为(187±44)nm,产量可达2.5 g/h。为AP纳米纤维膜的规模化制备提供了参考。

针刺层间增强非织造防刺包装材料的机械及防刺性能研究

为开发出低成本柔软且防刺性能良好的包装材料,选用芳纶、尼龙6(PA6)和聚丙烯(PP)短纤维通过层间增强方式构建由表层为PP/PA6/芳纶、中间层为PA6和底层为PP/PA6非织布组成的非织造三明治防刺叠层材料。探讨了改变表层芳纶纤维含量对三明治非织造叠层包装复合材料的拉伸性能、防刀刺和防锥刺性能的影响。结果表明:非织造包装复合材料的拉伸性能、防刀刺及防锥刺性能随表层芳纶含量的增加而呈线性增加;当芳纶含量为15%(质量分数)时,非织布基布具有最大拉伸载荷、防刀刺和防锥刺载荷,分别为209.24、83.52和126.85N。刀刺与锥刺的防刺机理不同,刀刺为纤维排挤和断裂,锥刺为纤维排挤。

含铁剪切增稠流体含浸芳纶复合织物防刺及电磁屏蔽性能研究

为满足屏蔽电磁波干扰的防刺服需求,利用超声波振荡法将分散相粒径为100nm的SiO_2与聚乙二醇(PEG)200配制成剪切增稠液体(STF),利用浸渍法制成STF/芳纶复合织物。在SiO_2质量分数为15%的STF中加入平均粒径为2.75m的Fe粉,制成铁粉质量分数分别为5%、10%、15%和18%的STF-Fe非牛顿流体,研究了SiO_2含量以及Fe粉固含量对复合织物防刺性能以及STF-Fe分散体系对电磁屏蔽的影响。结果表明,复合织物的防刺效果随着SiO_2、Fe含量的增加而增强。SiO_2质量分数大于15%时,复合织物的刀刺载荷明显提高。STF-Fe分散体系可以显著提高芳纶织物的刀刺性能,但效果不如STF。随着SiO_2含量的增加,STF/芳纶复合材料的防刺效果明显提高;在SiO_2质量分数为15%的条件下,随着Fe含量的增加,STF-Fe/芳纶复合织物的锥刺性能明显提高。当STF-Fe分散体系中Fe质量分数达到40%时,电磁屏蔽率可达到90%~99.9%。

叠层角度对芳砜纶复合织物耐高温过滤性能的影响

以不同叠层角度的3层芳砜纶基布(机织物)为中层,以梳理均匀的芳砜纶纤维网分别为上层和下层,采用针刺工艺制备三明治结构的芳砜纶复合织物。3层芳砜纶基布的叠层角度分别为0°/0°/0°、0°/45°/0°、0°/90°/0°。对芳砜纶复合织物拉伸断裂性能、阻燃性能、过滤性能、尺寸稳定性和容尘量进行测试分析。结果表明,芳砜纶基布的叠层角度分别为0°/0°/0°、0°/45°/0°、0°/90°/0°的复合织物的阻燃性能和过滤性能依次由小变大,拉伸强力依次由大变小;芳砜纶织物在200℃的高温条件下尺寸收缩率低于0.27%,叠层角度在一定范围内对织物的容尘量和高温条件下的尺寸影响不明显。

玄武岩机织增强热黏合抗穿刺鞋中底基材的力学性能

为提高鞋中底基材的抗穿刺性与柔韧性,降低成本,通过玄武岩基机织物增强和热压加固的工艺制备抗穿刺鞋中底基材,分析了低熔点聚酯纤维比例对鞋中底基材拉伸、顶破和静态穿刺头A、B、C性能的影响。结果表明:随着低熔点聚酯纤维(LMPET)含量的增加,抗穿刺强力先增强后逐渐减弱;当低熔点纤维含量为30%时,鞋中底基材的拉伸载荷为793.6 N(未热压)和759.9 N(热压),顶破载荷为445.5 N(未热压)和767.9 N(热压);鞋中底基材对不同形状的穿刺头的平均静态抗穿刺力分别为329.0 N(未热压)和392.4 N(热压);热黏合加固对顶破和抗穿刺性能的提升效果显著。

用低温界面聚合法制备多功能核壳结构热电织物

为制备导电率高且柔性的多功能热电织物,采用低温原位聚合法制备了对甲苯磺酸离子掺杂聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT∶Tos)包覆聚丙烯纤维的核壳结构热电织物。借助扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、红外热成像仪对热电织物的结构和性能进行表征与分析。结果表明:热电织物兼具织物优异柔韧性和PEODT∶Tos良好的导电性,电导率可达2.1 S/cm;当在热电织物两端施加10 V的电压时,其表面温度提高近20℃,具有良好电热性能,可将电能有效地转化为热能;由热电织物所构建的热电转化装置处在温差为20℃的温度梯度场中时,可持续输出0.3 mV的电压。

Cu/MCC纳米纤维金属包芯纱在电磁屏蔽中的应用

采用共轭静电纺丝方法,将微晶纤维素纳米纤维(MCC)包裹在经等离子体处理的铜丝表面(Cu),形成纳米纤维金属包芯纱(Cu/MCC),其可有效屏蔽环境中的电磁波。微晶纤维素纳米纤维作为环保材料,吸湿透气,绿色无污染;同时具备强度高、比表面积大、尺寸小等纳米特性。研究发现:微晶纤维素纳米纤维紧密包覆在铜丝表面,纤维直径为0.7~1.8μm;包芯纱的断裂强力平均可达198 cN。经电磁屏蔽测试仪测定,包芯纱织成的织物电磁屏蔽性能最高可达48 dB,屏蔽效能较好,可有效预防中、低频电磁辐射。试验证明,Cu/MCC纳米纤维金属包芯纱具有良好的力学性能和电磁屏蔽性能。