聚合物/蒙脱土纳米复合材料研究进展

简要概述了聚合物/蒙脱土纳米复合材料的结构及性能和蒙脱土的有机改性机理,详细介绍了对聚烯烃/蒙脱土、聚苯乙烯/蒙脱土和橡胶/蒙脱土纳米复合材料的研究进展.对各种制备方法进行了分析比较,指出了对聚合物进行接枝改性,提高其与有机蒙脱土的相容性是制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料的关键.     

聚丙烯/蒙脱土复合材料的热氧老化性能

用3种蒙脱土(原土、OMMT1、OMMT2)与聚丙烯分别熔融插层复合.经X射线衍射(XRD)分析表明,3种蒙脱土均与聚丙烯成功插层复合,制备出聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料.重点研究聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的热氧老化性能.结果表明,在聚丙烯材料中,添加少量蒙脱土不但可以提高材料的力学性能,而且明显改善材料的抗热氧老化性能.对3种PP/MMT复合材料热氧老化样品进行傅立叶红外(FTIR)分析和表面形貌观察,发现蒙脱土片层在聚丙烯中插层复合越充分(乃至剥离),其抗热氧老化效果就越明显.     

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．     

环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备与性能表征

以4,4′-二氨基二苯基甲烷(DDM)为固化剂,通过插层法制备了环氧树脂/有机蒙脱土纳米复合材料。根据样品在丙酮中的溶胀度,确定了纳米复合材料的最佳制备条件,在此条件下,制备了一系列蒙脱土含量不同的纳米复合材料。用X射线衍射(XRD)表征了蒙脱土在基体中的分散状态,测定了纳米复合材料的氧气透过系数,并研究了纳米复合材料的动态力学性能。结果表明:当蒙脱土的含量较低时,可以形成剥离型纳米复合材料;环氧树脂与蒙脱土复合后,阻隔性能大幅提高;蒙脱土的加入使纳米复合材料的储能模量和玻璃化转变温度明显提高。     

聚丙烯/有机改性蒙脱土纳米复合材料的制备及力学性能研究

针对两种有机蒙脱土(TJ-2型和KH-V6型),采用熔体插层法在双螺杆挤出机中制备出PP/OMMT纳米复合材料,并运用XRD和FTIR对所制得的复合材料进行表征.研究结果表明,两种OMMT片层都在PP基体中达到纳米级的分散.力学性能研究表明,相对PP而言,两种PP/OMMT纳米复合材料的硬度分别提高了11%和19%,抗冲击性能分别提高了18%和20%,且随着蒙脱土添加量的增加,冲击性能的变化符合逾渗脆韧转变机制.     

蒙脱土对环氧树脂微观结构及性能影响研究

以环氧树脂E53为研究对象,采用预剥离法制备出环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料,并结合XRD、SEM及DMA等实验方法研究蒙脱土分散状态对环氧树脂的微观结构和性能影响.结果表明:在环氧树脂E53固化前,对蒙脱土进行预剥离处理有利于制备出剥离型环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料;蒙脱土的加入,使环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的Tg比环氧树脂的升高5℃⁸℃,其储能模量及刚性随之增加;较低的β转变温度使其具有最好的低温韧性.对于剥离型环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料,其均匀分散的无机纳米片层能有效地阻止裂纹的扩展,对材料起到了增强增韧效果.     

纳米蒙脱土/PAE/PLA复合材料的制备及性能

聚乳酸(PLA)材料极易脆性断裂,为了提高其韧性,采用片状纳米级蒙脱土颗粒与医用级聚酰胺弹性体(PAE)对PLA进行共混改性.测试并分析了不同混合比例条件下复合材料的力学性能,并通过SEM、DSC对材料的性能进行表征.结果表明:所得到的三元复合材料具有优良的力学性能,其中当纳米蒙脱土含量为2.5%、PAE含量为10%、PLA含量为87.5%时,材料的韧性更好,综合力学性能最佳.纳米蒙脱土及PAE的含量对体系的分散形态均有影响:当纳米蒙脱土含量为2.5%时,其在聚合物中能够均匀分散,含量继续增加时易出现团聚现象;当纳米蒙脱土含量为2.5%、PAE含量为20%时,相与相之间界面较为模糊,形成了一定厚度的界面过渡层.纳米蒙脱土被引入聚合物体系后起到成核作用,提高了PLA的结晶度,从而有利于复合材料力学性能的提高.     

环氧丙烯酸酯/蒙脱土插层材料的研究

通过溶液的方法实现了环氧丙烯酸酯和蒙脱土的插层,并在紫外光作用下利用光固化反应制备了环氧丙烯酸酯/蒙脱土纳米复合材料.利用X-衍射对材料样品进行了插层表征,对有机蒙脱土的流变性进行了测试,对样品的力学性能(拉伸强度?冲击强度)进行了测试.结果表明:有机化的蒙脱土具有一定的触变性;插层后有机蒙脱土的片层被撑开剥离;少量的有机化蒙脱土的加入可较大提高材料的性能.     

原位插层聚合法制备甲基苯基硅树脂/蒙脱土纳米复合材料

以甲基苯基二氯硅烷和甲基三氯硅烷为单体,采用原位插层聚合法制备甲基苯基硅树脂/有机蒙脱土(organic montmorillonite,OMMT)纳米复合材料,并通过红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和综合热分析仪(DSC)研究了复合材料的结构,探讨了超声波对蒙脱土分散性和复合材料热性能的影响.结果表明:制备的OMMT复合材料为含有端羟基的甲基苯基硅树脂复合材料;采用机械搅拌即可制备剥离型纳米复合材料,超声波辅助可进一步促进蒙脱土片层的分散,使片层剥离程度增加;OMMT的添加会降低有机硅树脂的热稳定性,且随着OMMT含量的增加,纳米复合材料的热失重先减小后增大,当OMMT质量分数为6%时复合材料的热稳定性最好,超声波辅助可进一步改善复合材料的耐热性能.     

PVA／MMT纳米复合材料的制备及性能表征

采用溶液插层-流延成膜法,以聚乙烯醇和钠质蒙脱土为原料,制备出不同蒙脱土含量的PVA／MMT纳米复合材料薄膜,采用XRD,FTIR,SEM对纳米复合材料的结构进行了表征,并用TGA测试了纳米复合材料的热性能,同时,测试了纳米复合材料的力学性能和耐水性能。XRD测试结果表明,复合材料中的蒙脱土的片层间距显著增大,表明PVA分子进入了蒙脱土片层之间。FT—IR分析可以看出,蒙脱土的加入使PVA中C—O的伸缩振动峰变弱。SEM观察到纳米复合材料断裂时裂纹的微观结构。TGA测试表明,纳米复合材料的热分解温度比纯PVA有较大提高。该纳米复合材料具有良好的力学性能和耐水性,可作为一种新型的包装材料。     

碳掺杂pg-C3N4的制备及其光催化性能研究

为了提高单一半导体材料的光催化活性,采用水热法制备高比表面积的多孔石墨相氮化碳(pg-C₃N₄),通过碳掺杂和金纳米粒子(AuNPs)负载对pg-C₃N₄进行改性得到Au/pg-C@C₃N₄复合纳米材料,并对复合材料的组成、微观结构和性能进行表征。结果显示,碳元素的引入并未破坏pg-C₃N₄原有的片层结构,但明显提高了pg-C₃N₄的比表面积（高达158.2 m²/g）;AuNPs引入基体后,AuNPs的等离子共振效应可显著提高基体对可见光的吸收和光生电子-空穴的分离效率;当AuNPs含量为0.5%（质量分数）时,复合纳米材料具有最佳的光催化性能（表观反应速率常数k=0.078 4 s^-1）。因此,通过碳掺杂和纳米Au负载改性pg-C₃N₄可制备高活性复合光催化剂,为今后进一步提高氮化碳基催化剂的催化活性提供了理论基础。     

不同粒径的Sb2O3对PBT阻燃性能的影响

为了改善聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的阻燃性能,采用先机械球磨共混、后熔融注塑的方法制备了Sb₂O₃/BPS-PBT复合材料.研究了Sb₂O₃粒径对复合材料阻燃性能的影响,并分析了复合材料的阻燃机理.结果表明:Sb₂O₃使PBT初始分解温度提前,热分解速率减慢;添加相同质量分数的Sb₂O₃,纳米Sb₂O₃在气相阻燃中的效率和促进残炭形成的催化作用均优于微米Sb₂O₃;当溴化聚苯乙烯(BPS)和纳米Sb₂O₃的质量分数分别为10%和5%时,复合材料的LOI为28.3%,UL94达到V-0级.     

Microwave absorbing properties of polyaniline/montmorillonite doped with dodecylbenzensulfonic acid nanocomposite

In this paper, we reported a new type of high performance microwave-absorbing material, polyaniline/montmorillonite doped with dodecylbenzensulfonic acid (PAni-DBSA/MMT) nanocomposite. The microwave-absorbing properties of this nanocomposite were investigated for the frist time. The nanocomposites were synthesized from emulsion polymerization using dodecylbenzensulfonic acid (DBSA) as dopant and emulsifier. The structure of the nanocomposite was analyzed by X-ray diffraction(XRD) and FT-IR, and its results denoted that PAni-DBSA/MMT is a typical intercalative polymer/layered silicate(PLS) nanocomposite, and the interaction between MMT layers and PAni chains enhances the delocalization of free electrons in PAni chains. The complex permittivity, permeability and reflection loss (R.L.) of microwave of a 2.00 mm thick samples containing 50% by weight of PAni-DBSA/MMT nanocomposite and PANI?DBSA were measured, respectively, in 2?18 GHz range. The results showed that the PANI-DBSA/MMT nanocomposite is capable of absorbing 2.0?18 GHz microwaves, and the reflection loss was less than -10 dB in the frequency range of 9.1?12.5 GHz, while the minimum reflection loss was -15.8 dB at 11 GHz. The microwave absorbing mechanism of nanocomposite is disscused.     

不饱和树脂/石墨烯复合材料的制备及性能

采用球磨法制备不饱和聚酯树脂/石墨烯纳米复合材料,并对其力学性能、动态力学性能和导电性能进行研究.结果表明:石墨烯微片经过球磨被剥离成厚度低于5层的石墨烯;制备的不饱和聚酯树脂石墨烯复合材料与纯的不饱和聚酯树脂相比,当石墨烯的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸强度、杨氏模量、弯曲强度均达到最大值,分别提高44.99%,47.67%和55.08%;复合材料的冲击性能基本不受石墨烯加入的影响;且复合材料的渗滤阀值为6%.     

C/SiC复合材料摩擦性能及储油性能分析

复合材料因性能独特而备受关注,但其自身结构复杂且受到诸多因素的影响,因而对其摩擦学性能的研究仍有待进一步加强。为了对比不同摩擦配副对C/SiC复合材料摩擦性能及储油性能的影响,以C/SiC复合材料为研究对象,运用销盘摩擦学试验方法,研究了C/SiC复合材料与45#钢以及C/SiC复合材料与ZrO₂材料摩擦配副的摩擦学性能,采用三维形貌仪等仪器对C/SiC复合材料摩擦后的表面进行表征分析,研究其摩擦后的表面质量及其储油性能。结果表明,C/SiC复合材料与45#钢磨损剧烈,摩擦后表面储油性能严重下降;其与ZrO₂对磨则摩擦系数较低,磨损量较小,摩擦后的表面仍保持了较好的承载性能及储油性能,是一种良好的摩擦配副。研究结果为拓展C/SiC复合材料的应用及揭示其摩擦学特性提供了有力支撑。     

PMMA/MMT纳米复合材料的制备及其表征

采用本体聚合方法制备PMMA/MMT纳米复合材料,其中蒙脱土已被十六烷基三甲基溴化铵进行有机化改性.所得的复合材料经XRD、紫外可见分光光度计、热变形维卡软化点、DMTA等测试结果表明:蒙脱土在PMMA基体中达到纳米分散,在不改变材料透光度的情况下,其耐热性能、玻璃化转变温度提高了10℃.     

Influence of Ag content on the microstructure,mechanical, and tribological properties of TaVN-Ag films

A series of TaVN-Ag nanocomposite films were deposited using a radio-frequency magnetron sputtering system. The microstructure, mechanical properties, and tribological performance of the films were investigated. The results showed that TaVN-Ag films were composed of face-centered cubic (fcc) TaVN and fcc-Ag. With increasing Ag content, the hardness of TaVN-Ag composite films first increased and then decreased rapidly. The maximum hardness value was 31.4 GPa. At room temperature, the coefficient of friction (COF) of TaVN-Ag films decreased from 0.76 to 0.60 with increasing Ag content from 0 to 7.93at%. For the TaVN-Ag films with 7.93at% Ag, COF first increased and then decreased rapidly from 0.60 at 25℃ to 0.35 at 600℃, whereas the wear rate of the film increased continuously from 3.91×10-7 to 19.1×10-7 mm3/(N·mm). The COF of the TaVN-Ag film with 7.93at% Ag was lower than that of the TaVN film, and their wear rates showed opposite trends with increasing temperature.     

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。     

高能球磨过程中Mg2Si的形成及其影响因素的研究

探讨了用MA法制备Al/Mg2Si复合材料过程中的一些影响因素,并通过XRD对其物相进行了分析.研究表明:球磨时间越长、越有利于Mg2Si的形成,但Mg2Si的形成需要一定的孕育期;过程控制剂可防止粉末发生冷焊现象,但加入量过多又会降低球磨效率;适当的球磨转速和球料比有利于合金化的进行,因为过大球料比会降低球磨效率.     

Mn_2O_3/CRF复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

通过采用沉淀法在碳气凝胶表面负载金属氧化物三氧化二锰,制备得到Mn_2O_3/CRF复合材料。采用X射线衍射及电镜扫描等技术对所制备的复合材料进行结构形貌表征。实验结果发现碳气凝胶具有多重片层结构且孔隙发达。通过调节锰盐的含量考察三氧化二锰负载量对复合材料电化学性能的影响作用。采用循环伏安法及充放电测试对材料的电化学性能进行测试,结果表明Mn_2O_3/CRF复合材料具有良好的电容性及较好的可逆性。当Mn_2O_3含量达15%时复合材料的比电容最大,可达118.5 F/g。通过充放电测试1000次后发现该电极的比电容依然能够保持在一稳定值上,具有较好的稳定性。