石墨烯改性白炭黑填料对天然橡胶性能的影响

白炭黑(主要成分为纳米SiO₂,nano-SiO₂)由于易于制取、绿色环保等优点,现被广泛用于橡胶补强中,但是白炭黑因为结构上的特点,导致其在橡胶中的分散性和补强能力比炭黑差。利用硅烷偶联剂改善白炭黑在橡胶中的分散性,并研究改性白炭黑和石墨烯(GE)的协同补强作用对天然橡胶(NR)的影响。使用助分散剂单宁酸(TA)修饰的石墨烯与使用硅烷偶联剂KH570改性的白炭黑通过迈克尔加成反应得到杂化填料(KS-TGE),与天然橡胶充分混合制得KS-TGE/NR复合材料。经过测试,白炭黑经过改性后不仅改善了其在橡胶中的分散性,并且其和石墨烯制得的杂化填料与天然橡胶共混后,天然橡胶的力学性能得到提升。与未改性的nano-SiO₂/NR相比,改性后的复合材料拉伸强度最高提升36.3%,断裂伸长率最高提升79.5%,此外KS-TGE/NR仍能保持优异的弹性和动态力学性能。     

石墨烯/聚合物纳米复合材料研究进展

 石墨烯是由单层碳原子通过共价键结合形成的二维片层状结构,是一种新型碳类纳米材料,具有优异的力学、电学和热学等性能,被认为是一种非常有前景的材料,近年来广泛用于改性各种聚合物。本文回顾了石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法、性能和应用现状;综述了石墨烯/聚合物纳米复合材料的强度、刚度、韧性、电学和热学等性能的研究进展。主要内容包括石墨烯改性聚合物常见的3种制备方法(溶液共混、熔融共混和原位聚合)及其对石墨烯在聚合物基体中分散性的影响,石墨烯/聚合物纳米复合材料力学性能变化规律与作用机理,石墨烯微观结构等因素对材料热学性能以及导电阈值的影响等;讨论了石墨烯/聚合物纳米复合材料的潜在应用和面临的挑战和机遇,并展望了其低成本产业化的发展前景。     

石墨烯增强铝基复合材料研究进展

铝基复合材料作为金属基复合材料中最重要的材料之一,在工业生产以及日常生活中有着非常广泛的应用。石墨烯由于其高导热性、高阻尼性、高弹性模量、高强度以及良好的自润滑性成为复合材料中重要的增强体。将石墨烯用作增强体增强铝基复合材料有着非常大的应用潜力。归纳了石墨烯增强铝基复合材料的研究进展;总结了影响其性能的主要因素即增强体材料种类,石墨烯在铝基体中的均匀分散性以及铝基体与石墨烯之间的界面情况;介绍了石墨烯增强铝基复合材料的两种制备方法;分析了石墨烯增强铝基复合材料的增强机制;并展望了其发展前景,以期为制备高性能石墨烯增强铝基复合材料提供参考。     

纳米碳纤维/聚二甲基硅氧烷复合材料的制备及其力学性能

为制备综合力学性能优异的纳米碳纤维(CNFs)增强聚合物复合材料,利用超声分散设备,采用1.6g/L的十二烷基酸钠(SDS)对纳米碳纤维进行表面处理,制备出不同纳米碳纤维质量分数的纳米碳纤维/聚二甲基硅氧烷复合材料.SEM和复合材料拉伸结果表明SDS分散处理在一定程度上能改善碳纳米纤维与基体的界面结合和分散情况,提高复合材料的拉伸性能.当纳米碳纤维的含量在3wt%左右时,复合材料的拉伸强度达到最大.动态拉伸结果表明对CNFs的表面处理能增加复合材料在动态变形时的内摩擦,且材料的动态力学性能稳定.     

石墨烯/聚偏二氟乙烯界面导热性能的模拟研究

采用分子动力学模拟方法,定性分析石墨烯取向对石墨烯/聚偏二氟乙烯(PVDF)复合材料界面热导的影响,研究石墨烯边缘功能化及其比例与石墨烯/PVDF界面热导之间的关系.研究结果表明调节石墨烯在复合材料中的取向程度及对石墨烯边缘功能化有利于提高石墨烯/PVDF复合材料界面热导.模拟结果为设计和制备高导热复合材料提供新的思路和见解.     

木粉纳米微晶纤维素补强NR/SBR/BR并用胶的研究

利用酸水解木粉制备棒状纳米微晶纤维素(WNC),与天然胶乳(NR)共凝沉制备NR/WNC混合物,将其与丁苯胶(SBR)、顺丁胶(BR)、炭黑(CB)混炼制备WNC/CB/NR/SBR/BR复合材料,研究了WNC部分替代CB对NR/SBR/BR并用胶性能的影响.研究表明:与45 phr CB补强并用胶相比,添加WNC的复合材料的Payne效应显著降低,加工性能得到明显改善,力学性能基本保持,压缩生热下降了18.4%,压缩疲劳变形总体都小于5%;添加5~10 phr WNC的复合材料抗屈挠龟裂性得到保持,WNC为5 phr时复合材料的耐磨耗性得到保持;随着WNC替代CB量的增加,复合材料0℃时的损耗因子tanδ先增后减,60℃的tanδ逐渐下降;质量损失5%时的温度逐渐下降,最大质量损失速率温度变化不大;WNC的加入有利于保持复合材料的老化性能.SEM结果表明,少量的WNC在橡胶基体中分散良好,与基体界面结合紧密.     

纳米TiO2表面改性剂与分散溶剂的相容性研究

溶液共混法合成纳米复合材料可以控制纳米颗粒的粒度分布和表面性质，从而改善其在有机基体中的分散情况。纳米TiO₂因具有优异的光电性能在光学器件、光催化、传感器等领域得到广泛应用，其中纳米TiO₂在溶剂中的均匀分散，是溶液共混法制备高折射率纳米复合材料的重要前提。本研究采用3种不同碳官能团的硅烷偶联剂对纳米TiO₂表面进行改性，可以将其分散在极性不同的3种有机溶剂中，得到透明稳定的分散液。结果表明，纳米TiO₂经过3种硅烷偶联剂改性后，在庚烷、乙酸丁酯、正丁醇中的中位粒径(D₅₀)分别为13.5、19.6、22.1 nm，分布系数(PDI)分别为0.038、0.231、0.171。动态光散射(DLS)测量和透射电子显微镜(TEM)观察结果表明，纳米TiO₂在庚烷、乙酸丁酯、正丁醇中均表现出良好的分散性。Turbiscan稳定性分析仪评估结果表明，具有相同纳米TiO₂质量分数的纳米TiO₂分散液具有不同的分散稳定性，说...     

埃洛石纳米管/重质碳酸钙/抗冲共聚聚丙烯复合材料的制备及其性能表征

采用双螺杆挤出造粒和注塑成型的方法成功制备了埃洛石纳米管/重质碳酸钙/抗冲共聚聚丙烯(HNTs/CaCO_3/IPC)复合材料.运用扫描电镜(SEM)观察复合材料的冲击断面,通过透射电镜(TEM)研究其中填充的无机纳米粒子的分散状况,并分析探讨了复合材料的力学性能.结果表明:在HNTs/CaCO_3/IPC复合体系中,HNTs和CaCO_3无机微纳米材料的共同填充不但提高了复合材料的冲击强度,而且增强了其弯曲模量;当填充HNTs的质量分数为2.0%时,无机纳米粒子在基体中分散均匀且能与基体间形成良好的界面黏结力;经疏水表面改性的HNTs(m-HNTs)可以进一步提高复合材料的抗冲击性能.     

纳米纤维素丙烯腈-丁二烯-苯乙烯复合材料的特性

为了改善纳米纤维素晶须(CNC)在非亲水性树脂中应用时分散困难、热分解温度低、与基体相容性较差等缺点,将冷冻干燥的纳米纤维素在高聚物的有机溶液中预先包覆,然后与苯乙烯-丁二烯-丙烯腈树脂(ABS)、马来酸酐接枝聚乙烯在挤出机内熔融共混制成ABS/CNC复合材料。通过扫描电镜(SEM)、热重分析测试(TGA)、拉伸性能测试等手段对复合材料进行性能表征。SEM观察发现CNC是以层状纳米片的形式均匀地与ABS复合; 力学性能测试表明,接枝聚乙烯的加入有利于改进CNC与ABS的界面相容性,与纯ABS相比,添加0.7%CNC的复合材料其拉伸强度提高了15.6%,弹性模量提高了52%。TGA测试结果表明,CNC的热分解温度由211 ℃提高到263 ℃,大大改善了CNC在聚合物加工过程中的温度适应性。     

PET/SiO_2纳米复合材料的力学性能和结晶性能研究

采用熔融共混法,将纳米二氧化硅(SiO2)添加到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中,制备出PET/SiO2纳米复合材料,并对其力学和结晶性能进行研究。结果表明,添加微量纳米SiO2能显著提高PET材料的力学性能,纳米SiO2添加量为0.2质量份数时,纳米SiO2在PET基体中分散均匀,复合材料综合力学性能最佳,与纯PET相比,PET/SiO2纳米复合材料的缺口冲击强度、拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量分别提高了18%,20%,11%,14%;随着纳米SiO2添加量的增加,PET/SiO2纳米复合材料的结晶度和结晶温度有明显的提高。     

混炼插层法制备天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料

采用有机改性蒙脱土和新型补强性促进剂，通过混炼插层法制备了天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料，用X射线衍射和透射电镜表征了纳米复合材料的结构和形态，用表观交联密度测定和红外光谱研究了蒙脱土与橡胶的相互作用，同时用X射线衍射法研究了混炼和硫化过程中天然橡胶分子链对蒙脱土的插层过程．结果表明，蒙脱土在橡胶基体中以纳米级厚度片层分散；补强性促进剂能加强蒙脱土与橡胶间的结合；天然橡胶分子链在混炼过程中便开始对蒙脱土进行插层，并主要在焦烧时间前的硫化诱导期内完成大部分插层过程，硫化开始后蒙脱土的纳米级分散进一步完善，直至硫化完成．添加2％～10％有机蒙脱土的天然橡胶／蒙脱土纳米复合材料的力学性能和动态力学性能优于40％N770炭黑补强的硫化胶．     

改性纳米碳酸钙补强NR/SBR/BR并用胶的表征

通过固相法在硬脂酸改性商品纳米碳酸钙CCR中加入间苯二酚与六亚甲基四胺的络合物RH,制备了改性纳米碳酸钙M-CCR,并分别制备了天然橡胶/丁苯橡胶/顺丁橡胶并用胶与M-CCR和CCR的复合材料.利用橡胶加工分析仪(RPA)和透射电子显微镜(TEM)研究了M-CCR和CCR在并用胶基体中的分散性、界面结合力、加工性能和形态.同时比较了复合材料的力学性能.结果表明,并用胶填充M-CCR的加工性能、补强作用以及填料的分散性和界面结合力均明显优于CCR.     

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(SiO_2),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。     

碳纳米管/天然橡胶复合材料的物理性能

为拓展碳纳米管应用领域,开发新型橡胶纳米复合材料,在碳纳米管预处理基础上,通过机械混炼方法将碳纳米管与天然橡胶复合。研究表明,与传统炭黑增强样品相比,碳纳米管在橡胶中的混入速度快,温升幅度小,混炼胶的硫化返原现象减轻。经过分散粘合体系处理,碳纳米管在橡胶中的分散性及界面粘合状况改善,热处理后复合材料的整体力学性能提高,对比炭黑增强样品,碳纳米管复合材料的弹性模量和玻璃化转变温度高,回弹及动态压缩性能好,并且热稳定性较高。     

界面氢键结合的天然橡胶/改性气相法白炭黑纳米复合材料

用间苯二酚与六亚甲基四胺络合物（RH）对气相法白炭黑进行表面改性,通过混炼和硫化制备了天然橡胶/改性气相法白炭黑（NR/M-silica）纳米复合材料,并通过力学性能测试、交联密度测定、透射电镜、差示扫描量热法、红外光谱和X射线光电子能谱等手段研究了纳米复合材料的结构和性能．结果表明：M-silica对NR硫化胶的补强效果显著优于未改性的气相法白炭黑,当M－silica用量为4～10份时,硫化胶的力学性能最佳;M-silica在橡胶基体中分散良好,硫化胶的交联密度和玻璃化温度提高;在改性剂RH作用下,白炭黑的Si-O键和硅羟基的红外光谱特征吸收峰发生明显的蓝移,且O原子的结合能发生明显的变化,表明白炭黑表面的硅羟基与RH受热后形成的间苯二酚甲醛树脂中的酚羟基之间形成了明显的氢键作用．在上述研究的基础上讨论了RH改性气相法白炭黑补强天然橡胶的机理．     

PET/蒙脱土纳米共混体系的结构与可纺性研究

采用熔融插层法制备了聚对苯二甲酸乙二酯（PET）／蒙脱土（MMT）纳米复合材料，用广角X-射线衍射（WAXD）、透射电镜（TEM）等方法对其结构和形态进行了研究，并对PFT／蒙脱土纳米共混体系的可纺性、纺丝条件等进行了讨论。结果表明，通过提高共混的剪切效果和引入离子间相互作用可以有效地促进蒙脱土在PET基体中的插层和分散，制备出部分剥离的PFT／蒙脱土纳米复合材料，该材料具有良好的可纺性。     

碳纳米管束与炭黑并用对天然橡胶导热性能和动态力学性能的影响

研究不同长径比的多壁阵列碳纳米管束（carbon nanotube bundles,CNTBs）非等量替代炭黑N234并用的填料增强体系对天然橡胶（NR）导热性能和动态力学性能的影响。利用非线性拟合分析CNTBs管径与CNTBs/N234并用NR复合材料热导率的关系,发现随着CNTBs管径的减小和用量的提高,复合材料导热性能逐步提高。通过表征CNTBs在橡胶基体中形成的填料网络,发现CNTBs长径比增大和用量提高会导致杂化填料的分散效果下降即出现Payne效应,使复合材料在动态工况下损耗增大,60℃下7%应变的tanδ和疲劳温升出现增加。此外,添加长径比更大的CNTBs能提升材料的抗湿滑性能,提高玻璃化转变温度,但对磨耗性能有不利影响,CNTBs添加量为6 phr（相对于每100份以质量计量的橡胶添加的份数）时材料的磨耗体积显著增大。     

芳砜纶浆粕在硅橡胶耐烧蚀绝热材料中的应用

以预处理后的国产芳砜纶浆粕纤维（PSA）浆粕作为主要耐烧蚀和增强填料,制备了硅橡胶绝热材料。研究了PSA浆粕纤维含量对硅橡胶绝热材料的分散效果、抗拉强度、断裂伸长率、线烧蚀率、密度和硬度等性能的影响。实验结果表明,芳砜纶浆粕的预处理可以提高其在绝热层基体中的分散和与基体的界面结合;当处理后PSA浆粕纤维用量不大于15份（苯基硅橡胶100份）时,随浆粕用量的增加,硅橡胶绝热材料断裂强度增大,断裂伸长率减小,复合材料的线烧蚀率随着PSA浆粕用量的增加而降低;添加PSA浆粕的硅橡胶绝热材料具有较好的耐烧蚀性,可应用在固体火箭发动机或者冲压发动机中。     

SiO2/EPDM复合材料微观形态与动态力学性能的关系

利用DMTA方法研究了分散剂、硅烷偶联剂以及二者并用对二氧化硅增强乙丙橡胶复合材料动态力学性能的影响,采用扫描电镜和橡胶加工分析仪测试了填料在橡胶基体中的分散和填料在基体中形成的填料网络结构,利用结合胶测试研究了复合材料中填料橡胶之间的相互作用程度。实验结果表明:按照空白样和采用分散剂、硅烷偶联剂、分散剂+硅烷偶联剂对SiO₂进行表面处理,填料在橡胶基体中的分散程度提高,填料填料的相互作用逐渐弱化,填料网络结构逐渐减弱,橡胶复合材料在低应变下的储能模量逐渐降低,抗滚动阻力性能逐渐提高。同时,结合胶含量逐渐提高,玻璃化转变峰逐渐变宽,复合材料的抗湿滑性能逐步提高分散剂与硅烷偶联剂并用改性二氧化硅对橡胶复合材料性能提高有协同作用。     

原位气泡拉伸法(ISBS)制备LDPE/nano-Mg(OH)2复合材料力学性能研究

用ISBS方法制备的纳米复合材料的力学性能远远优于用一般的熔融共混方法制备的复合材料的性能。ISBS方法制备的LDPE/nano-Mg(OH)2复合材料在一定添加量范围内,拉伸强度随着添加量的增加而增大,在添加量为15 phr时达到最大值,然后随着添加量的增加而下降,但仍然要远远高于纯LDPE的拉伸强度。