电纺纳米纤维增强聚合物复合材料的研究进展

与作为填料的普通纤维相比,通过静电纺丝所得纳米纤维(简称电纺纳米纤维)的长径比及比表面积较大,相对于基体材料具有较大的模量和韧性,对聚合物基体有较好的力学增强效果;电纺纳米纤维在复合材料中应力集中程度低、与聚合物基体间界面结合较好。加入电纺纳米纤维可以提高复合材料的性能,如拉伸及弯曲强度、模量,抗冲击性能等都有较大提高。电纺纳米纤维在聚合物基体中的分散及其与基体间的界面黏结等问题有待进一步研究和改善。

等规聚丙烯同质复合材料力学性能的研究

将等规聚丙烯(iPP)纤维在不同温度下引入到iPP基体中,制备具有不同界面结晶形貌的同质复合材料,并对其进行拉伸性能测试。结果表明:当纤维引入温度为145℃时,拉伸强度较低;当纤维引入温度增加到160℃时,该同质复合材料的拉伸强度得到明显的提高;然而,当纤维引入温度进一步升高时,拉伸强度反而呈下降趋势。这说明纤维引入温度对该复合材料的力学性能产生较大影响。

高牵引速率下iPP/玻璃纤维复合材料界面结晶

在等规聚丙烯(iPP)熔体中高速牵引玻璃纤维(GF)的过程中,首次发现GF表面出现了一层具有明显厚度的包覆结构,并对这种结构在牵引过程中的变化规律及其对界面结晶形貌的影响进行分析研究。结果表明,包覆结构的产生可能是GF在高牵引速率下使iPP分子链克服自身屈服应力而沿着纤维轴方向伸展取向并堆积的结果;该结构为热力学稳定的α晶,且具有诱导iPP生成β横晶的能力。

不同纤维牵引速率下iPP／GF复合材料界面的β横晶

以不同的速率牵引等规聚丙烯(iPP)熔体中的玻璃纤维(GF),并逐步增加剪切时间,得到了不同的iPP/GF界面结晶形貌。通过偏光显微镜(POM)观察以及对界面剪切应力的分析,研究了不同速率下形成界面β横晶的临界剪切时间以及在该时间范围内界面剪切应力随时间的变化关系。结果表明,在10,30,60,90μm/s的牵引速率下,所需临界剪切时间分别为220,105,60,50s;所有牵引速率下界面剪切应力随剪切时间均先快速增大,在出现1个平台期后又逐步上升;界面剪切应力随牵引速率的增大而增大。

聚合物复合材料中的纳米杂化串晶研究

聚合物纳米复合材料界面结晶处常形成纳米杂化串晶(NHSK)。文章综述了近年来纳米杂化串晶结构的研究进展,介绍了NHSK形成的方法和影响NHSK形成和生长的因素,并对NHSK的形成机理进行了深入探究。最后,介绍了NHSK的应用,并对其发展趋势做了展望。

iPP/GF复合材料界面晶型对界面剪切强度的影响

通过剪切诱导熔体结晶方法,制备了具有α球晶、α横晶和β横晶的等规聚丙烯(iPP)/玻璃纤维(GF)单纤维复合材料。利用单纤维断裂试验方法,测试了iPP/GF单纤维复合材料的界面剪切强度(IFSS),探讨了界面晶型对IFSS的影响。结果表明,界面为α球晶、α横晶和β横晶试样的IFSS依次增大。这说明界面结晶晶型对IFSS有显著的影响。

等规聚丙烯/酸刻蚀无碱玻纤复合材料的界面结晶行为

分别将未经酸刻蚀处理和酸刻蚀处理的无碱玻璃纤维(E-GF)引入等规聚丙烯(iPP)熔体中制备复合试样。利用偏光显微镜(POM)和带有能谱仪的扫描电子显微镜(SEM/EDS)分别研究复合体系界面结晶行为及界面β横晶形成的因素。结果表明:酸刻蚀处理的GF/iPP复合体系等温结晶时在界面产生β横晶;β横晶的产生与GF表面的酸刻蚀处理以及制样过程中引入的剪切应力有关。

半晶聚合物基复合材料的界面结晶行为

半晶聚合物基复合材料界面处常形成横晶与杂化串晶。综述了近年来关于界面结晶的研究进展。重点分析了横晶与杂化串晶的制备方法及形成机制,并详细讨论了界面结晶的形成对复合材料力学性能的影响。最后对未来的研究方向进行展望。

注射成型PP层次结构的X射线研究

采用广角X射线衍射仪和小角度X射线散射仪研究了注射成型聚丙烯(PP)在厚度方向上的晶型变化。结果表明:β成核剂含量较低的PP,其表层β晶型的相对含量较大,芯层较小;β成核剂含量较高的PP,其表层β晶型的相对含量较小,而芯层较大。

退火温度对β成核iPP薄膜微观结构和力学性能的影响

通过挤出-拉伸法制备了等规聚丙烯(iPP)/稀土β成核剂(β-NA)薄膜,并在85℃和125℃下对薄膜进行退火。研究了退火温度对薄膜微观结构和力学性能的影响。采用二维广角X射线衍射、差示扫描量热法以及拉伸测试分别对其微观结构和力学性能进行了表征。结果表明:退火能促进薄膜的分子链运动并重排;长周期、片晶厚度随着退火温度的提高而增大;退火过程中发生β晶向α晶的转变;在125℃退火时,样品的应力-应变曲线上没有明显的屈服现象。

埃洛石纳米管对熔纺HDPE纤维结晶行为和晶片扭曲的影响

采用熔融纺丝法制备了高密度聚乙烯(HDPE)/埃洛石纳米管(HNTs)复合纤维。利用差示扫描量热法研究了HNTs对HDPE基体非等温结晶行为的影响,利用二维广角X射线衍射研究了熔融纺丝过程中的卷曲速度和加入HNTs对HDPE/HNTs复合纤维中HDPE基体晶片扭曲行为的影响。结果表明:HNTs在HDPE中起成核剂的作用,提高了HDPE基体的起始结晶温度和最大结晶温度,缩短了半结晶时间。随着卷曲速度的升高和HNTs含量的增加,HDPE基体晶片扭曲程度逐渐降低。

相对分子质量对iPP薄膜结晶行为和力学性能的影响

通过挤出-拉伸法制备了2种不同相对分子质量的等规聚丙烯(iPP-L和iPP-H)薄膜,研究了相对分子质量对薄膜结晶行为和力学性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)以及拉伸试验分别对2种薄膜的结晶行为和力学性能进行了表征。结果表明:iPP-H薄膜的结晶度、晶粒尺寸均比iPP-L薄膜的稍大,前者的结晶速率较慢;iPP-H薄膜在应变约为200%时表现出应变硬化现象,而iPP-L薄膜约在500%时才出现;iPP-H薄膜的拉伸强度和杨氏模量比iPP-L薄膜的大;与iPP-L薄膜相比,iPP-H薄膜的断裂伸长率和韧性较小。

近熔点挤出等规聚丙烯的微结构与力学性能的关系

分别在近熔点附近(167℃)和完全熔融温度(190℃)下挤出制备等规聚丙烯(iPP)片材。拉伸试验结果表明:在167℃挤出的iPP,其屈服强度比在190℃时挤出的提高了15.8%;拉伸强度和杨氏模量均有一定程度的提高。采用二维广角X射线衍射(2D-WAXD)、示差扫描量热法(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)对微结构进行表征,并讨论了微结构与力学性能的关系。

熔纺高密度聚乙烯/埃洛石复合纤维的结晶和取向行为研究

采用熔融纺丝法制备高密度聚乙烯/埃洛石(HDPE/HNTs)复合纤维。研究纺丝过程中拉伸速率和HNTs对熔纺HDPE/HNTs复合纤维的结晶和取向行为的影响。结果表明:随着拉伸速率的升高,HDPE/HNTs复合纤维的结晶度和长周期减小,而随着HNTs的质量分数增加有所增大,分子链取向度逐渐增大,同时HNTs能够促进分子链的取向,片晶取向度逐渐增大,片晶扭曲程度逐渐降低,同时HNTs的加入能够限制片晶的扭曲。

溢流槽对HDPE微制品结构和力学性能的影响

通过在微注塑模具型腔末端增设溢流槽,提高了高密度聚乙烯(HDPE)熔体在充填过程中的剪切速率。利用Moldflow软件对熔体在两种不同构造模具中的充填行为进行模拟,验证了增设溢流槽对于提高剪切速率的可行性;采用差示扫描量热仪(DSC)、显微偏振红外和拉伸试验对制品的微观结构和力学性能进行了表征。结果表明:溢流槽有助于提高制品的结晶度和制品剪切层分子链的取向度,从而使其具有更高的拉伸强度。

熔体状态对等规聚丙烯结晶行为的影响

通过Linkam CSS450剪切热台控制等规聚丙烯(iPP)的熔融温度,研究了不同熔融温度下熔体有序程度对iPP静态结晶和剪切诱导结晶行为的影响。结果表明:降低熔融温度能有效提高iPP静态结晶动力学;对于剪切诱导结晶过程,随着熔融温度的降低,iPP分子链取向程度得到提高,相同剪切速率下,低温熔融样品的分子链取向程度较高;熔体中有序结构含量随熔融温度升高而降低,这些有序结构能沿流动方向进行取向排列。