ABSTRACTIn this article, a conductive foam based on a novel styrene‐based thermoplastic elastomer called poly(styrene‐b‐butadiene‐co‐styrene‐b‐styrene) tri‐block copolymer S(BS)S was prepared and introduced. S(BS)S was particularly designed for chemical foaming with uniform fine cells, which overcame the shortcomings of traditional poly(styrene‐b‐butadiene‐b‐styrene) tri‐block copolymer (SBS). The preparation of conductive foams filled by the carbon black was studied. After the detail investigation of cross‐linking and foaming behaviors using moving die rheometer, the optimal foaming temperature was determined at 180°C with a complex accelerator for foaming agent. Scanning electron microscopy (SEM) images shown that the cell bubbles of conductive foam were around 30–50 µm. The conductivity of foams was tested using a megger and a semiconductor performance tester. SEM images also indicated that the conductivity of foams was mainly affected by the distribution of carbon black in the cell walls. The formation of the network of the carbon black aggregates had a contribution to perfect conductive paths. It also found that the conductivity of foams declined obviously with the foaming agent content increasing. The more foaming agent led to a sharp increasing of the number of cells (from 2.93 × 106 to 6.20 × 107 cells/cm3) and a rapid thinning of the cell walls (from 45.3 to 1.4 µm), resulting in an effective conductive path of the carbon black no forming. The conductive soft foams with the density of 0.48–0.09 g/cm3 and the volume resistivity of 3.1 × 103−2.5 × 105 Ω cm can be easily prepared in this study. © 2014 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2015, 132, 41644.
为了探究熔融混炼制备弹性体/导电填料复合材料的压力传感性能及其应用价值,对良好生物相容性的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和氧化石墨烯(GO)进行熔融混炼,该过程中GO发生原位热还原,从而制得柔性TPU/还原氧化石墨烯(rGO)纳米复合材料.以此为介电层组装电容式压力传感器,并进行传感性能测试分析.结果表明,GO的掺杂可有效改善传感器的性能,1.0％GO质量分数时传感器的灵敏度为0.069 MPa-1(0.06～2 MPa),明显高于未掺杂的(0.046 MPa-1),这与GO掺杂显著提高介电层的介电常数有关.当GO含量过高时,传感器灵敏度反而降低,这可能与材料内rGO渗流网络形成有关.所研制的传感器响应性较好,以GO 1.0％质量分数为例,其响应时间约110 ms、迟滞误差1.4％、稳定性良好.该传感器可成功应用于人体手指点击和弯曲运动监测,在柔性可穿戴领域展现出良好的应用前景.
综述了氧化锌(ZnO)及其复合材料的制备及其在抗菌塑料上的研究成果.阐述了ZnO作为抗菌剂的抗菌机制,着重介绍了ZnO产生活性氧物种、释放锌离子、破坏细胞膜的抗菌机理;总结了ZnO与金属离子、金属氧化物、有机抗菌剂、碳材料或者天然黏土矿物等复合材料的最新研究进展;展示了ZnO及其复合材料在医用塑料、食品包装、管材制品、家用器材和汽车内饰等塑料上的应用案例;分析和展望了目前ZnO及其复合材料作为抗菌剂存在的主要问题和今后的研究方向.
为提高聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维膜的亲水性,以聚乙烯醇(PVAL)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合溶液为亲水剂,戊二醛(GA)溶液为交联剂,采用表面涂覆交联改性的方法制备亲水性PTFE中空纤维膜.从纯水通量与表面亲水性的测试结果可以看出,制备的PTFE中空纤维膜具有良好的亲水性能,改性后膜通量为1 037 L/(m2·h),膜接触角为53.6°,接触角降为0°消耗的时间为1.5 s.从扫描电子显微镜与衰减全反射傅里叶变换红外光谱可以明显看出,经过PVAL/PVP/GA表面涂覆交联改性后,PTFE中空纤维膜表面含有羟基官能团,使膜丝具有一定优异的亲水性能.羟基成功地附着在PTFE中空纤维膜表面.从模拟人工加速清洗可以看出,改性后的PTFE中空纤维膜在经过10 d强碱(pH=13)、强酸(pH=1)和氧化剂(5 000 mg/L NaClO)的清洗下还保持的不同的性能,其通量分别降为478,521,152 L/(m2·h),表面接触角分别提高为90°,76.5°,94°,接触角降为0°消耗的时间分别为4,3.2,45 s.
以透光窗控制器面板为研究对象,分析了塑件的成型工艺性,产品为长方形框状结构,外包塑料最小壁厚仅0.5 mm的塑件,填充较为困难,为保证流道废料的自动切除,增加塑料的流动性,第一射注射成型无色透明塑件,基体注塑模具采用热流道+冷流道相结合的方式进行浇注;第二射注射成型的黑色塑件,设计了单点浇注的热流道点浇口浇注系统;因型腔深度较浅,为确保塑件留在动模型腔中,设计了一套塑件压紧装置.设计的一副旋转式双色注射成型倒装热流道模具,由均为1模4腔的基体塑件注塑模具和包塑注塑模具组成,设计了斜顶式外抽芯机构及定模顶出结构;因型腔在动模上,设计了两套定模顶出机构.实践证明,设计的倒装双色热流道模具结构合理,动作可靠,塑件质量满足设计要求.
玻纤增强聚乙烯(PE)柔性管具有易弯曲、质量轻、耐腐蚀性好且便于运输和安装等优点,因此采用玻纤增强PE柔性管解决油田地面集输管网腐蚀问题是未来油田用管的主要研究方向.分别建立Ø50 mm,Ø75 mm管径的油田酸性介质用玻纤增强PE柔性管有限元模型,开展柔性管爆破试验与有限元计算结果进行对比,对玻纤带纵向拉伸强度进行参数修正,修正系数取0.8.使用修正后的模型对Ø100 mm的油田酸性介质用玻纤增强PE柔性管进行校核,校核类型包括:管体爆破强度、设计压力下管体结构强度、管体拉伸强度及盘绕弯曲安全半径.结果显示,Ø100 mm的油田酸性介质用玻纤增强PE柔性管爆破压力为24 MPa,设计内压下其内衬层应力值、增强层纤维方向应力值、增强层基体方向应力值、外保护层应力值分别为5.0,110,14.0,3.3 MPa,管体最大拉伸载荷为100 kN,在盘卷运输过程中最小弯曲半径为3.1 m、现场铺设过程中最小弯曲半径为4.6 m.校核结果表明,该柔性管满足使用要求,目前已在现场得到应用.该研究结果可为玻纤增强PE柔性管强度计算及校核提供参考依据.
为了得到成本较低且性能优异的聚乳酸(PLA)泡沫材料,采用硬脂酸锌(ZnSt)对偶氮二甲酰胺(AC)发泡剂进行改性,改性后AC发泡剂的起始发泡温度从223℃降到187℃,适应PLA的加工.同时采用三丙烯基异氰尿酸酯(TAIC)和过氧化二异丙苯(DCP)对PLA交联,得到交联PLA(C-PLA).通过发泡密度测试,扫描电子显微镜(SEM)观察,动态流变测试、拉伸性能测试对比研究了C-PLA,C-PLA/聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)的发泡性能.研究结果表明,C-PLA/PBAT材料的发泡密度随着改性AC发泡剂的增加而减小,随着C-PLA交联度的提高而减小,但未添加PBAT的C-PLA发泡密度变化不大.当改性AC发泡剂质量分数为3%时,添加PBAT(PLA/PBAT=80/20)后,PLA的发泡密度从0.838 g/cm3下降到了0.746 g/cm3,下降了约11%,低交联PLA与高交联PLA的发泡密度分别从0.954 g/cm3,0.884 g/cm3 降到了0.828 g/cm3,0.802 g/cm3,降幅分别达13%,9%.SEM分析表明添加PBAT后,泡孔分布更均匀,泡孔尺寸更小,泡孔形态更好.随着交联密度的增加,C-PLA/PBAT发泡材料的拉伸强度升高,断裂伸长率降低.综上所述,PBAT可以改善C-PLA发泡材料的微观泡沫形态,降低发泡密度和提升拉伸性能.
采用过氧化物交联的方法,在低密度聚乙烯(PE-LD)中引入了4种不同过氧化物,同时保持它们的掺杂含量相同,从而制备了一系列具有不同交联度的交联聚乙烯(XLPE)试样.为了加速XLPE的电树枝生成,采用外加针板电极的方法,并通过光学显微镜观察电树枝的形态.此外,采用差示扫描量热法、扫描电子显微镜和偏光显微镜对试样的非晶区结晶形态和形貌变化进行了详细分析.根据实验结果,发现加入双叔丁基过氧化二异丙基苯的XLPE表现出卓越的抗电树生长性能.此外,还观察到交联度越高,XLPE的抗电树生长性能越强.说明在一定条件下,交联反应并未抑制晶体的生长,而是由于自由基产生的极性分子增加了非晶区中连接分子链的密度,从而呈现出更紧密的层状排列方式.这也解释了随着结晶度的增加,电树枝生长受到限制的原因.研究结果表明,不同过氧化物的引入对XLPE的结构和性能产生了显著影响.特别是,选择双叔丁基过氧化二异丙基苯作为交联剂可以有效提高XLPE的抗电树生长性能.
碳纤维具有优异的力学性能,因此碳纤维及其复合材料在越来越多的行业中得到应用.然而,受限于碳纤维较高的制造成本,限制了碳纤维在风电、汽车、建筑增强材料等领域的规模化应用.近年来,世界多国对低成本碳纤维的研究付出了很多努力.碳纤维原丝制造成本是影响碳纤维制造成本的主要因素,这是目前低成本碳纤维的主要研究方向.综述了采用降低碳纤维原丝制造成本,进而降低碳纤维制造成本相关技术的研究进展,并对低成本碳纤维的应用领域现状进行了总结.
为研究嵌入式共固化阻尼复合材料(ECDCM)的非线性静力学性能,对铺层角度为0°和45°的ECDCM试件进行拉伸实验和三点弯曲实验,基于复合材料连续损伤理论,在LS-DYNA中建立了ECDCM非线性有限元分析模型,将仿真结果与实验结果进行比较,验证了有限元模型的适用性;通过实验和仿真结果简单分析了ECDCM非线性静力学性能产生机制;使用有限元方法分别研究了不同铺层角度对ECDCM拉伸性能和弯曲性能的影响,并研究了阻尼层厚度对ECDCM弯曲弹性模量的影响.结果表明,ECDCM的材料非线性力学特性主要来源于拉伸时切应力分量导致基体不断产生剪切损伤,导致材料宏观力学性能发生变化;在0°至45°范围内随着铺层角度的增大,ECDCM材料非线性特征愈发显著,在0°～45°范围内,拉伸弹性模量和弯曲弹性模量随着铺层角度增大呈下降趋势,拉伸强度与弯曲强度随铺层角度增大也呈下降趋势;阻尼层的加入使得复合材料被隔断分为上下两部分,使得复合材料的弯曲弹性模量下降,并且在0～0.3 mm范围内阻尼层厚度增大会导致弯曲弹性模量进一步减小.
电子电气设备等产生电磁辐射污染会严重影响到人体健康,并干扰设备的正常运行,解决电磁污染的关键是使用电磁屏蔽材料.采用模压工艺制备了具有电磁屏蔽功能的环氧树脂/碳纤维(CF)/亚麻纤维复合材料.借助矢量网络分析仪、热重分析仪、万能试验机、扫描电子显微镜(SEM)等研究CF粉对复合材料的电磁屏蔽性能(EMI SE)、热稳定性和力学性能的影响.结果表明,复合材料的弯曲强度随着CF粉含量的增加而增加,并在其质量分数为30%时达到最大值,为102.5 MPa,与未加CF的材料相比较,提高了31.1%,此后进一步增加CF粉含量,复合材料的弯曲强度开始下降.SEM证实,复合材料力学性能的提高来源于CF与环氧树脂界面性能的改善.CF粉的加入提高了环氧树脂/亚麻纤维复合材料的热稳定性,热分解温度从206℃提高到268℃.同时复合材料的体积电阻率随着CF粉含量的增加而下降,从0.65 Ω·cm降至0.132 Ω·cm.在8.4～12.4 GHz电磁波范围内,环氧树脂/CF/亚麻纤维复合材料的EMI SE达到20 dB以上,基本满足商业要求.
为研究玻璃纤维(GF)形态对GF增强热塑性树脂复合材料的性能影响,以指导开发出力学性能与表面性能均优异的复合材料制品,对比研究了不同GF含量下常规圆GF以及扁平GF增强聚丙烯(PP)的性能差异,并探究了以上两种GF复配使用时复合材料的综合性能,重点研究了不同PP/GF复合材料在力学性能、界面性能、翘曲性能、表面性能方面的差异性.研究表明,在GF质量分数为30%时,PP/GF的力学性能随扁平GF用量的增加而降低,在GF质量分数为50%时,PP/GF的力学性能随扁平GF用量增加而提高.同时,在高GF含量(质量分数50%)下,与常规圆GF相比,扁平GF在PP树脂中分散更均匀,并在熔体流动方向具有更加明显的取向性.此外,当GF质量分数为50%时,使用圆GF制得的薄板翘曲高度为13.8 mm,表面浮纤占比为7.93%,而使用扁平GF制得的薄板翘曲高度降低至3.1 mm,表面浮纤占比仅为2.03%,表明在高GF含量下使用扁平GF能有效改善PP/GF复合薄板的翘曲问题,并能有效减少复合板材的表面浮纤.
为提升聚乳酸(PLA)超细纤维材料的柔软贴肤性,以PLA、聚乙二醇(PEG)和芥酸酰胺(Era)为原料,采用共混熔喷的原位牵伸工艺获得一种定向排列PLA/PEG@Era超细纤维材料,探究了不同牵伸风压(PDa)和接收距离(DCD)对其柔软性、透气性等贴肤性的影响.结果表明,当Era质量分数为2.0%,共混聚合物冷结晶峰温度为93.20℃,熔融峰温度为140.52℃,表明Era可以促进PLA大分子链运动.所制备PLA/PEG@Era超细纤维材料样品的纤维取向角在-20°～20°范围内占比为54.07%,表现为高定向排列结构;PDa和DCD对纤维细度、孔隙率和力学性能有显著影响,随着PDa增大到0.54 kPa时,纤维细度从2.70 μm减小到1.10 μm,纵向断裂强力从15.94 N增大到22.03 N;随着DCD增大到32 cm时,孔隙率从87.21%增大到93.24%,纵向断裂强力从24.40 N减小到16.52 N.受益于定向排列PLA/PEG@Era超细纤维材料所具有的大孔隙结构,样品纵向柔软力值分布在0.12～0.62 N,透气率分布在168.46～567.06 mm/s,水蒸气透湿率分布在1 630.27～2 463.36 g/(m2·24 h).同时,所构建透气率和水蒸气透湿率二次回归方程的置信度分别为0.95和0.94,可用于PLA/PEG@Era超细纤维材料通透性能的研究.
将不同含量的聚丁二酸丁二酯(PBS)、碳酸钙(CaCO3)/滑石粉(Talc)、聚乳酸(PLA)与聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)进行熔融共混改性,研究各组分含量对PBAT/PBS/PLA共混材料加工性能、拉伸性能及其吹塑薄膜的拉伸性能、直角撕裂强度和热封强度的影响.采用熔体流动速率(MFR)仪、万能试验机、热封试验仪、差示扫描量热仪对PBAT共混薄膜的加工性能、力学性能和热封性能等进行测试.结合3因素3水平设计正交试验来优化试样配方,并对试验结果进行了正交试验极差分析.结果表明,PBAT/PBS/PLA共混材料的MFR值均在2.6～4.3 g/10 min范围内,薄膜吹塑成型加工稳定性良好.根据薄膜力学性能极差分析结果提出了最佳配方:PBAT含量为100质量份、PBS含量为10质量份、CaCO3/Talc质量比为10/10和PLA含量为2质量份,验证试验结果表明,该配方制备的吹塑薄膜各项力学性能最高,横向、纵向拉伸强度分别为23.2 MPa和27.3 MPa,横向、纵向断裂伸长率分别为988%和1 137%,横向、纵向直角撕裂强度分别为126.4 N/mm和121.2 N/mm,热封强度为7.94 N/15 mm,通过将热封温度从90℃提高到95℃,热封强度提高到9.46 N/15 mm,达到最高.
通过双螺杆挤出机连续进纤的方式制备出碳纤维(CF)和玻璃纤维(GF)混杂增强生物基PA56复合材料(生物基PA56/CF/GF),研究分析CF与GF不同混杂比对其结构和性能的影响.研究结果表明,所制备的复合材料密度均低于1.5 g/cm3,CF与GF纤维在复合体系中与生物基PA56充分黏结在一起;不同混杂比纤维的加入,复合材料的力学性能与纯PA56相比显著提高,当CF与GF体积分数为2∶1混杂时,复合材料的力学性能最佳,拉伸强度为182.2 MPa,是纯生物基PA56的1.48倍;弯曲强度为252.2 MPa,弯曲弹性模量达到13 052 MPa,是纯生物基PA56的1.78倍和3.58倍;缺口冲击强度可以达到9.3 kJ/m2,是纯生物基PA56的2.1倍;复合材料的热分解温度略有升高.该复合材料密度低、力学性能优良、热性能稳定,完全符合以塑代钢的绿色理念.综合分析,该复合材料有着较高的附加值,可以应用在风力发电叶片等领域.
针对湿巾包装盖塑件设置有两圈倒钩难以成型的生产难题,设计了一副两板式冷流道侧浇口模具用于该塑件的成型.模具结构为4板式结构,一模两腔布局.模具结构结合塑件的两次强制脱模需要,设置3次打开动作,为配合模板的3次打开,模具的顶出机构设置有3个顶出机构,分3次顶出.为实现塑件的两圈倒钩的强制脱模,动模一侧的成型件设置为环套型成型件,从内到外依次为心部镶件、中间区镶件、型芯镶件、顶杆.脱模时,第一次顶出与第二次模板打开同步进行,驱动心部镶件抽芯,为第一圈倒钩的强制脱模提供变形空间;第二次顶出与第三次模板打开同步进行,驱动中间区镶件抽芯,并同时为第二圈倒钩的强制脱模提供变形空间;第三次顶出为独立顶出,由顶杆推动塑件从型芯镶件上顶出而完全从模具上脱落,同步实现第二圈倒钩的强制脱模.为实现3个顶出机构按顺序分3次顶出,创新设计了一种插杆锁芯机构,机构能实现三次顶出中两次顶出机构的分离与闭合,简单实用.模具结构简单,动作可靠,使塑件的成型良品率稳定在96%以上.
氰酸酯树脂是一种黏接强度高、介电性能优异的耐高温树脂,但因韧性较差严重限制了氰酸酯树脂的应用,采用双酚E型氰酸酯(BEDCy)树脂作为基体树脂,酚酞型聚芳醚砜(PES-C)作为增韧剂,通过加热共混得到了BEDCy/PES-C树脂.通过拉力机、动态力学热分析、热重(TG)分析、X射线光电子能谱、阻抗分析和扫描电子显微镜(SEM)测试了BEDCy/PES-C树脂对铝材的黏接强度、模量、耐热性、介电性能、微观结构和形貌的影响.结果表明,PES-C对BEDCy树脂的增韧效果显著,以剪切性能为例,BEDCy树脂在常温下剪切强度由最初的19.9 MPa提升至30.4 MPa,相比纯BEDCy树脂提高了52.8%,230℃下剪切强度提高了36.7%,此时,SEM下也能观察到明显的沟壑状增韧条纹.TG分析测试表明,少量PES-C(＜40%)的加入对耐热性能影响并不明显,失重率5%时温度基本保持在418℃.BEDCy/PES-C的介电性能也明显提高,当PES-C质量分数为20%时,10.1 GHz下的介电常数为2.41,介电损耗为0.010 6.
聚醚酰亚胺是一种拥有高强度、高尺寸及化学稳定性、耐高温、耐老化等优异性能的热塑性特种工程塑料,对其进行功能化改性,不仅可以保持其自身优异的性能,而且可赋予材料新的功能,近年来受到产业界重视.总结了现阶段对聚醚酰亚胺进行导热、电磁屏蔽以及导热-屏蔽双功能的功能化改性方面的研究进展,并介绍了聚醚酰亚胺基功能复合材料的主要制备方法,包含溶液共混法、熔融共混法、发泡成型法和其他方法,最后对其未来的研究和应用方向提出了建议.
为解决某总体单位提出的某战术导弹火箭发动机喷管扩散段结构及热环境工况要求,进行了扩散段用烧蚀材料试验对比筛选.对短切碳纤维增强酚醛树脂复合材料预浸料和高硅氧玻璃纤维增强酚醛树脂复合材料预浸料进行研究,分析不同材料的拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和线烧蚀率,制备产品样件进行水压爆破试验,分析不同纤维长度以及不同纤维种类对产品抗压强度的影响,并通过发动机地面静试研究扩散段烧蚀材料适用情况.结果表明,虽然酚醛树脂/短切碳纤维复合材料的力学性能及耐烧蚀性能均优于酚醛树脂/长丝高硅氧玻璃纤维复合材料,但在发动机温度低于2 000℃、固体粒子含量较多且燃气流速度较大的部位,酚醛树脂/短切碳纤维复合材料的耐冲刷性能较差,无法满足使用要求,酚醛树脂/长丝高硅氧玻璃纤维复合材料耐烧蚀及抗冲刷性能更优异,可满足使用要求.进一步探讨了在特定热、力环境下不同纤维增强体烧蚀材料的热防护机理机制,通过发动机试验进行了选材方案验证,为特定热环境烧蚀材料选用提供了理论及应用依据.
双马来酰亚胺(BMI)树脂/碳纤维(CF)预浸料作为蒙皮结构与芳纶纸蜂窝芯共固化工艺既要控制蒙皮的成型质量,又要控制蜂窝与蒙皮的黏接质量,同时蜂窝芯零件的耐压较小,因此针对共固化工艺过程中经常出现的孔隙问题进行研究.通过对孔隙数学模型进行分析,基于BMI树脂预浸料高挥发分和高流动的特性,对成型过程中预浸料铺层数、袋内真空压力、预浸料树脂含量调节不断优化.以无损检测和金相分析为手段,分析了成型工艺过程中的影响因素.研究发现,BMI/CF预浸料在蜂窝夹层结构中的孔隙率与铺层层数、袋内真空压力和BMI树脂含量有关.孔隙的产生主要是由于挥发分在预浸料和胶膜界面处的浓度差异引起的,当预浸料铺层层数≤10层时,蜂窝夹层件孔隙＜1.5%;当预浸料铺层层数＞10层时,蜂窝夹层件孔隙＞1.5%.通过吸胶工艺及调节袋内真空压力能够有效地降低蜂窝夹层结构中的孔隙含量.
