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2019年  第36卷  第3期

一种含腈基的硅烷偶联剂改性石英纤维/含硅芳炔复合材料
成滨, 扈艳红, 邓诗峰, 杜磊, 周燕, 杨藤, 崔方旭
2019, 36(3): 545-554. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180705.001
摘要:
设计并合成了一种含有二腈基的硅烷偶联剂DCA(Dicyanide-containing Silane Coupling Agent),采用FTIR、1H-NMR、13C-NMR表征了其化学结构。将DCA添加到石英纤维/含硅芳炔(QF/PSA)复合材料体系中,DCA含量为QF的2.0wt%时,常温条件下改性后的QF/PSA复合材料层间剪切强度(ILSS)和弯曲强度分别提升了63.3%和28.1%;250℃时ILSS和弯曲强度的保留率分别为83.0%和81.9%;500℃时ILSS和弯曲强度的保留率分别为54.7%和60.0%。偶联剂DCA固化后的热失重5%的温度(Td5)为357.8℃,900℃时残炭率为55.7%。XPS和DSC数据表明,偶联剂DCA在QF/PSA复合材料界面形成化学桥接,其中腈基在229℃固化,炔基在245℃参与PSA的固化,在PSA与QF间形成强界面层。SEM观察表明,经偶联剂DCA改性后QF/PSA复合材料的破坏属于韧性断裂。新型偶联剂DCA可显著改善QF/PSA复合材料界面,提高其高温力学性能。
膨胀石墨-碳纤维/尼龙三元导热复合材料制备
史青, 彭勃, 朱爱萍
2019, 36(3): 555-562. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180704.003
摘要:
以尼龙6(PA6)为基体,膨胀石墨(EG)和碳纤维(CF)作为导热填料,采用熔融共混法制备了EG/PA6、CF/PA6和CF-EG/PA6导热复合材料。重点研究当固定导热填料(CF和EG)填充量为40wt%时,CF与EG不同的填充比例对CF与EG的接触方式及CF-EG/PA6复合材料的导热性和力学性能的影响。结果表明,相比单一CF填充,EG的加入有利于CF-EG/PA6复合材料热导率的增加;CF:EG质量比是25:15时的EG-CF/PA6三元复合材料,热导率可以达到2.554 W/(m·K),是PA6的8倍,拉伸强度提高了125.34%,弯曲强度提高了119.8%,同时具有优异的耐热性。SEM结果表明,纤维状CF与蠕虫状EG片层在适当的填充比例下可以形成"面接触"的三维网络结构,这种三维网络结构不仅显著增大EG-CF/PA6复合材料的热导率,而且明显提高了其力学性能和耐热性能。为研制填充型导热高分子材料提供了一条新思路。
驻极体-增塑剂复合改性聚乳酸熔喷非织造材料的制备及性能
黄海超, 宋国林, 唐国翌, 陈丽杰, 洪阳阳
2019, 36(3): 563-571. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180621.001
摘要:
分别采用无机纳米SiO2或一种商用有机助剂(O-electret)作为驻极体改性剂,并通过引入环氧大豆油(ESO)和聚乙二醇(PEG)作为增塑剂对聚乳酸(PLA)进行了复合改性,在传统工业熔喷生产线上制备了具有可生物降解特性的驻极体-增塑剂/PLA熔喷非织造复合材料。利用转矩流变仪和熔融指数仪测试了复合改性PLA切片的流动性,发现加入ESO和PEG能使熔融指数提高到110 g/10 min。利用DMA测试了驻极体-增塑剂/PLA熔喷非织造复合材料的力学性能,发现采用增塑剂改性后能显著提高材料的拉伸强度和塑性。利用滤料综合性能测试台测试了的驻极体-增塑剂/PLA熔喷非织造复合材料的过滤性能,结果显示,驻极改性能够使其过滤PM2.5的效率提高至86%及以上。利用SEM研究了驻极体-增塑剂/PLA熔喷非织造复合材料表面的微观形貌,结果表明,采用驻极体改性后,细纤维的比例显著增加;采用增塑剂改性使纤维更细更长,纤维间交错更加复杂。
聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维膜/涤纶针刺毡过滤复合材料的制备及性能
郭颖赫, 赫伟东, 柳静献
2019, 36(3): 572-577. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180704.002
摘要:
利用静电纺丝技术制备了不同纺丝时间的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纳米纤维膜,将PET纳米纤维膜、热熔型胶膜及涤纶针刺毡通过热处理复合,制备了三明治结构的PET纳米纤维膜/涤纶针刺毡过滤复合材料,利用SEM分析了PET纳米纤维膜形貌,通过TGA确定了PET纳米纤维膜的热处理条件,对不同纺丝时间的PET纳米纤维膜/涤纶针刺毡过滤复合材料透气性能、过滤性能进行了研究。结果表明:纺丝液浓度为18%,纺丝电压为15 kV,接收距离为21 cm,环境温度为13℃,环境湿度为20%条件下得到的PET纳米纤维膜纤维平均直径为514.95 nm;PET纳米纤维膜与涤纶针刺毡的复合温度为115℃;随纺丝时间的增加,PET纳米纤维膜的密度增加,PET纳米纤维膜/涤纶针刺毡过滤复合材料对颗粒物的过滤效率增大,透气性下降,当密度为3.86 g/m2时,PET纳米纤维膜/涤纶针刺毡过滤复合材料的过滤性能最优,其品质因子QF明显优于常规涤纶针刺毡,对1 μm以下颗粒物的过滤效率均高于93%,效率提高了58%以上,表现出优异的过滤性能。
还原氧化石墨烯-SBA/PMMA复合材料的制备及介电性能
江学良, 郭文文, 张晓宇, 游峰, 邓梦君, 姚楚
2019, 36(3): 578-583. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180613.002
摘要:
采用乳液聚合法制备苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(SBA),通过熔融共混法制备了还原氧化石墨烯/SBA-聚甲基丙烯酸甲酯(rGO-SBA/PMMA)复合材料,采用FTIR、TGA、动态力学分析对复合材料进行了结构表征,并对其进行了介电性能测试。结果显示,rGO的加入能够提高SBA的玻璃化转变温度。同时,也可以提高rGO-SBA复合材料的热稳定性。rGO的加入显著提高了rGO-SBA复合材料的介电常数。在rGO-SBA复合材料中,其渗流阈值在1.17wt%~2wt%之间,当rGO含量为1.17wt%时,rGO-SBA复合材料具有高的介电特性。在rGO-SBA/PMMA复合材料中,当SBA含量为13wt%及rGO含量为0.52wt%时,在频率为1 000 Hz处其介电常数可达到8.79,且介电损耗低至0.37,进一步表明了rGO-SBA/PMMA复合材料具有高介电低损耗的特性。
含硫功能聚磷腈微纳米球的合成及其在环氧树脂阻燃中的应用
贺梦, 张冲, 郭晓东, 王馨, 马淑曼, 刘雄瑞, 徐建中, 马海云
2019, 36(3): 584-591. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180711.001
摘要:
以六氯环三磷腈(HCCP)、4,4'-二羟基二苯硫醚(TDP)为原料合成了一种环交联型的聚磷腈(PTP)微纳米球,并将其加入到环氧树脂(EP)中制备成PTP微纳米球/EP(PTP/EP)复合材料,研究其阻燃性能。采用FTIR和SEM对PTP微纳米球进行表征;TG分析考察PTP/EP复合材料的热稳定性;极限氧指数(LOI)和锥型量热分析(CONE)对PTP/EP复合材料进行阻燃性能测试。研究结果表明,PTP微纳米球具有不溶不熔的特性,粒径在500 nm~3 μm之间,且拥有优异的热稳定性和成炭性,起始热分解温度高达453.2℃,800℃残炭为74.3%。PTP微球的加入显著提高了EP的阻燃性能。当PTP微纳米球添加量仅为5wt%时,PTP/EP的热释放速率峰值降低了55.43%;LOI值从纯EP的25.6%提高到了30.4%。PTP微球的加入还提高了EP的力学性能。PTP微纳米球因其不溶不熔的特点在EP中充当增强剂,在受热燃烧时充当高效的阻燃剂。本研究为功能性阻燃剂的研发提供了新思路。
SiO2中空微球改性含硅芳炔树脂及其复合材料的结构与性能
胡永彬, 王帆, 朱亚平, 齐会民
2019, 36(3): 592-601. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180529.004
摘要:
采用SiO2中空微球对含硅芳炔树脂(PSAC)进行改性,制备了SiO2/PSAC复合材料,以改善PSAC固化后质脆的缺点,提高PSAC基复合材料的力学性能,拓展PSAC在航空航天领域的应用。对SiO2/PSAC复合材料和石英纤维布增强SiO2/PSAC(QF-SiO2/PSAC)复合材料的结构与性能进行了研究,采用SEM分析SiO2/PSAC树脂浇铸体和QF-SiO2/PSAC复合材料断面微观结构,并分析SiO2的增韧机制。采用DMA和TGA分析了SiO2/PSAC复合材料耐热性能和热稳定性,虽然SiO2会导致树脂耐热性能略有下降,但其中空结构使树脂具有优异介电性能。当SiO2的添加量达2wt%时,SiO2/PSAC树脂浇铸体弯曲强度达22.3 MPa,失重5%温度为551℃,1 000℃残留率为86.5%;QF-2SiO2/PSAC复合材料的弯曲强度为298.3 MPa,弯曲模量达31.0 GPa,分别提高了27.5%、59.0%;当SiO2添加量为5wt%时,QF-5SiO2/PSAC复合材料的剪切强度提高了16.0%。
中间相碳微球/氰酸酯树脂复合材料的导电导热性能
张有茶, 贾成厂, 贾鹏
2019, 36(3): 602-610. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180918.001
摘要:
选取M22、M15和M23三种不同粒径中间相碳微球(MCMBs)作为填料,分别以10vol%、25vol%、40vol%和50vol%体积分数填充氰酸酯树脂(CE)制备了MCMBs/CE复合材料,通过SEM、XRD、拉曼光谱仪、导热仪、体积电阻仪分析了不同粒径的MCMBs/CE复合材料的性能。结果表明:三种球形粉体都具有石墨化结构,其中M22粉体球形度最好、石墨化程度最高(ID/IG=0.23)、体积电阻率最小。三种MCMBs粉体制备的MCMBs/CE复合材料的吸水性、导热性和导电性均随填充量的增加而增大,冲击强度则先增大后减小。其中以M22在40vol%填充率下所得MCMBs/CE复合材料的综合性能最优,吸水率为0.45%,冲击强度为23.6 kJ/m2,热导率达1.28 W/(m·K),体积电阻率达1.5 Ω·cm。
稀土改性对玄武岩纤维增强氰酸酯树脂复合材料性能的影响
朱苗淼, 马建勋
2019, 36(3): 611-616. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180911.002
摘要:
采用自制稀土改性剂改性玄武岩纤维(La-BF)布增强双酚A型二氰酸酯(BADCy)制备了La-BF/BADCy复合材料。采用SEM和FTIR分析了改性对BF表面产生的影响,TG分析研究了改性对BF/BADCy复合材料热稳定性的影响,使用电子万能试验机研究改性对不同质量分数的BF/BADCy弯曲性能的影响,通过阻抗分析仪分析了改性对La-BF/BADCy复合材料介电性能的影响。结果表明,改性减少了BF的表面缺陷,并引入了结晶状凸起,有利于提高BF/BADCy复合材料的界面性能;通过改性提高了BF/BADCy复合材料的热稳定性,初始分解温度提高了145℃;当BF的质量分数为12wt%时,改性使BF/BADCy复合材料弯曲模量提高到4.19 GPa,弯曲强度达到110 MPa以上。在1 MHz~3 GHz范围内,La-BF/BADCy复合材料的介电常数稳定在1.9左右。因此稀土改性是一种能够有效提高BF/BADCy复合材料弯曲性能、热稳定性及介电性能的表面改性方法。
连续长玻璃纤维/聚氨酯复合材料的制备与力学性能
刘小祥, 刘翼, 安珈璇, 杨朝龙, 夏小超, 李又兵
2019, 36(3): 617-623. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180726.005
摘要:
以三羟基聚醚多元醇(PPG)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)作为软段和硬段,玻璃纤维(GF)为增强体,采用预聚体法制备自交联型GF/聚氨酯(PU)复合材料。借助旋转式黏度计、DMA、SEM、XRD和万能力学试验机等分析检测手段,研究了PU预聚体聚合温度、适用期、物相及GF含量等因素对GF/PU复合材料力学性能的影响。结果表明:PU预聚体聚合温度为50℃,GF含量为55wt%时,GF/PU复合材料综合性能最优,拉伸强度、弯曲强度和冲击韧性分别为794 MPa、846 MPa和228 kJ/m2,动态力学性能损耗因子(tanδ)峰值为0.59。
SiO2/聚四氟乙烯复合薄膜的制备及力学性能
张瑶, 陈蓉, 郭少云
2019, 36(3): 624-629. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180911.003
摘要:
采用空气辅助干法共混、冷压烧结并车削成膜的方法制备了SiO2填充量为35wt%、厚度为50 μm的聚四氟乙烯(PTFE)基复合薄膜。系统研究了SiO2颗粒粒径对SiO2/PTFE薄膜复合材料的孔洞缺陷和力学性能等的影响,并研究了SiO2在PTFE中的分散情况及分子间相互作用对其性能变化的影响机制。结果表明,随SiO2粒径的逐渐增大,其在PTFE中的分散趋于均匀,同时PTFE能更好地包覆粒子,因此SiO2/PTFE薄膜孔洞缺陷逐渐减少,力学性能逐渐增强;当SiO2的粒径D50为12 μm时,其在PTFE中的分散均匀性最佳,SiO2/PTFE复合薄膜孔洞缺陷最少,具有较好的力学性能,断裂伸长率达19.5%,拉伸强度达9.2 MPa。
木质素磺酸钙/高密度聚乙烯复合材料的力学性能
张庆法, 高巧春, 林晓娜, 周亮, 卢文玉, 蔡红珍
2019, 36(3): 630-637. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180911.001
摘要:
采用木质素磺酸钙(CL)填充高密度聚乙烯(HDPE)制备CL/HDPE复合材料,利用SEM、DSC、XRD对CL/HDPE复合材料进行表征,并对其强度、蠕变行为及应力松弛等力学性能进行测试。结果表明,CL/HDPE复合材料具有良好的结合界面和热稳定性;CL的加入可以提高CL/HDPE复合材料的弯曲强度,但对其冲击强度会产生不利影响;CL含量的增加有利于提高CL/HDPE复合材料的抗蠕变性能和抗应力松弛能力,而温度的升高会对CL/HDPE复合材料的蠕变行为和应力松弛产生不利影响。
改性芳纶纤维增强木粉/高密度聚乙烯复合材料的力学性能
栗越, 张京发, 易顺民, 肖泽芳, 王海刚
2019, 36(3): 638-645. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180530.006
摘要:
采用螺杆挤出机研究了添加连续芳纶纤维增强木粉/高密度聚乙烯(CAF-WF/HDPE)复合材料,为改善CAF与WF/HDPE复合材料界面相容性,分别采用磷酸和硅烷偶联剂处理纤维。对比表面处理前后的CAF形态分析显示,经过处理的CAF表面粗糙度增加;采用磷酸和硅烷偶联剂处理,纤维束从基体中的拔出强度分别提高了94.9%和77.6%,表明处理后的CAF与WF/HDPE复合材料的界面结合强度有所提高。对比WF/HDPE复合材料,在挤出成型过程中加入未处理CAF,CAF-WF/HDPE复合材料拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了32.1%、35.1%、515.1%;CAF采用硅烷偶联剂处理后,CAF-WF/HDPE复合材料对应的力学性能分别提高了42.0%、37.4%、550.2%。动态力学分析表明:表面处理后CAF与WF/HDPE复合材料的界面相容性得到改善。
疏松多孔CoFe2O4-还原石墨烯电极复合材料的制备与性能
陈霄, 柳扬, 徐涛, 熊嘉琪, 熊传溪, 董丽杰
2019, 36(3): 646-653. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180726.003
摘要:
采用原位溶剂热法,以氧化石墨烯(GO)与Co2+、Fe3+为原料制备疏松多孔的纳米CoFe2O4-还原氧化石墨烯(CoFe2O4-rGO)复合材料。采用XRD、Raman、SEM和HRTEM测试表征了纳米CoFe2O4-rGO复合材料的结构与形貌。测试结果表明,纳米CoFe2O4-rGO复合材料具有三维结构。自组装的多孔CoFe2O4纳米球粒径约为200 nm,在rGO上均匀分散,解决了CoFe2O4易团聚的问题。电化学测试结果表明,纳米CoFe2O4-rGO复合材料具有较高的比容量及优异的循环和倍率性能,在100 mA·g-1的电流密度下其比容量为1 262 mAh·g-1,50次循环后比容量仍能保持在642 mAh·g-1;并在2 000 mA·g-1的大电流密度下仍具有221 mAh·g-1的比容量。纳米CoFe2O4-rGO复合材料拥有更优异的电化学性能的原因在于CoFe2O4纳米球在rGO上均匀分布。三维结构增加了Li+储存的活性位点,有效缓解了电极的体积收缩/膨胀效应,提高了纳米CoFe2O4-rGO复合材料的导电性。
Mg/NiTi复合材料的制备及阻尼性能
徐吉林, 陶寿晨, 肖奇飞, 罗军明, 张剑平, 刘勇
2019, 36(3): 654-660. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180911.004
摘要:
采用Mg粉的无压熔渗法制备Mg/NiTi复合材料以提高多孔NiTi合金的强度和阻尼性能。通过OM、SEM、EDS和XRD分析Mg/NiTi复合材料的显微组织结构,采用压缩实验分析其抗压强度、吸能能力,采用热机械分析仪分析其内耗和存储模量。结果表明:经Mg粉无压熔渗后,多孔NiTi合金的孔隙被Mg填充,其孔隙率由原来的50.38%下降至5.6%,且Mg与NiTi合金的界面结合良好。多孔NiTi合金主要由B2奥氏体相和B19'马氏体相及少量Ni3Ti相和NiTi2相组成;Mg/NiTi复合材料除增加了熔渗的Mg相外,还新生成了Mg2Ni相。Mg的渗入未改变多孔NiTi合金相变行为,但提高了相变温度。Mg/NiTi复合材料的抗压强度可达554 MPa,较多孔NiTi合金提高了61%,压缩断裂方式也由多孔NiTi合金的孔壁崩塌断裂转变为Mg/NiTi复合材料的剪切断裂。Mg/NiTi复合材料的吸能较多孔NiTi合金有大幅提高。同时,Mg/NiTi复合材料的内耗值有所增加,而存储模量大幅提高,整体呈现出更佳的阻尼性能。
原位合成TiB2/Fe复合材料的高温氧化行为
罗军明, 李乐乐, 黄俊, 徐吉林
2019, 36(3): 661-668. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180530.007
摘要:
采用微波烧结技术原位生成TiB2/Fe复合材料,研究其在500℃、600℃与700℃空气中的恒温氧化行为,并对氧化膜的表面、截面形貌及相组成进行了分析。结果表明:TiB2/Fe复合材料由TiB2、Fe2B和α-Fe三种物相组成。随着氧化温度的升高,TiB2/Fe复合材料的氧化增重明显增大,均呈现抛物线型规律,在500℃时,其氧化产物主要为Fe2O3和Fe3O4,而700℃时,其氧化物为Fe2O3、TiO2、Fe9TiO15及少量Fe3BO6组成。相同温度下,随着TiB2含量增加,TiB2/Fe复合材料氧化物粒径、氧化增重和氧化层厚度均减小,氧化激活能增大,其抗氧化性能也越好。
金刚石/Al(或AlSi合金)复合材料性能衰退及抑制
陆晨君, 徐俊, 裴喜伟, 潘徐杰, 陈锋
2019, 36(3): 669-676. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180530.005
摘要:
采用气体压力浸渗法制备了金刚石/Al、金刚石/AlSi7和金刚石/AlSi9复合材料,对比研究了其暴露在空气中的性能衰退行为。研究表明,界面反应产物Al4C3会潮解生成Al(OH)3,增大界面热阻,导致金刚石/Al复合材料性能衰退。Al基体中添加Si元素可以显著降低其性能衰退速率,其机制为:金刚石中C元素在Al液中溶解度的降低和Si在金刚石颗粒表面的优先析出,抑制了Al4C3的生成量;此外,金刚石/AlSi复合材料致密度的提高,对Al4C3与水汽的接触起到阻碍作用。讨论了抑制金刚石/Al复合材料性能衰退的几种可行方法,有望进一步提高其在潮湿环境中的使用寿命。
Mg-α-SiAlON/MgO复合材料中Mg-α-SiAlON的原位合成
刘新, 曲殿利, 郭玉香
2019, 36(3): 677-684. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180530.003
摘要:
为改善低品位Mg基材料高温性能,采用烧结Mg砂、金属Al粉、单质Si粉和Al2O3粉为主要原料,制备了Mg-α-SiAlON/MgO复合材料。通过XRD、SEM及EDS等检测手段,研究了不同原料质量分数及氮化温度条件下Mg-α-SiAlON/MgO复合材料中Mg-α-SiAlON的原位合成,结合热力学分析确定了合成Mg-α-SiAlON的气氛条件并分析了合成Mg-α-SiAlON的反应机制。结果表明:1 550℃时的氮、氧分压满足合成Mg-α-SiAlON的热力学条件。当烧结Mg砂粉、Al粉、Si粉和Al2O3粉的质量分数之和为40wt%时,1 550℃保温3 h氮化后的Mg-α-SiAlON/MgO复合材料中板片状Mg-α-SiAlON相生成量最高可达32.1%,且相互交错构成骨架,将低熔点物相包裹其中。利用烧结Mg砂原位氮化制备Mg-α-SiAlON/MgO复合材料,有利于提高Mg基材料的抗热震性能。
多层陶瓷结构Al2O3-Fe2O3/3Y-TZP梯度复合陶瓷的制备及性能
李皓鹏, 李宁, 颜家振, 周亚男, 魏维
2019, 36(3): 685-692. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180530.008
摘要:
为更好地实现口腔修复体的美学修复效果,采用掺杂不同含量Fe2O3(0.01wt%~0.09wt%)和Al2O3(0.1wt%)的3 mol% Y2O3稳定的ZrO2(3Y-TZP)粉体为原料,经过铺粉、压制、烧结等工艺制得色度渐变的多层陶瓷结构Al2O3-Fe2O3/3Y-TZP梯度复合陶瓷。对该梯度复合陶瓷的色度分布、烧结性能和力学性能进行检测,同时研究了Fe2O3和Al2O3的掺杂对3Y-TZP陶瓷组织和性能的影响。结果表明,制得的Al2O3-Fe2O3/3Y-TZP梯度复合陶瓷色度由红黄向白色沿成分变化方向呈梯度变化,与天然牙齿色度分布规律一致;力学性能呈梯度变化并从无色端到有色端逐渐降低,但仍满足牙科使用需求(≥ 800 MPa);在无色瓷层中掺杂微量Al2O3(0.1wt%)可以改善Al2O3-Fe2O3/3Y-TZP梯度复合陶瓷的烧结性能,避免在预烧结过程中发生开裂。微量Fe2O3和Al2O3的掺杂会促进其在烧结过程中的致密化及晶粒长大;微量Fe2O3(0.01wt%)和Al2O3(0.1wt%)的掺杂有助于提高3Y-TZP陶瓷的挠曲强度,然而随着Fe2O3掺杂量的继续增多(≤ 0.09wt%)挠曲强度降低。
V-N-TiO2/凹凸棒土和V-N-TiO2/玻璃珠复合材料的吸附及光催化性能
贾玲萍, 陈作雁, 王应平, 安兴才
2019, 36(3): 693-700. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180704.001
摘要:
采用自主研制的V-N-TiO2光催化剂、V-N-TiO2/凹凸棒土、V-N-TiO2/玻璃珠光催化复合材料,选用腐殖酸、亚甲基蓝、二甲基甲酰胺为目标降解物,对复合材料的吸附特点和光催化性能进行了研究。研究表明,除对二甲基甲酰胺,V-N-TiO2光催化剂、V-N-TiO2/凹凸棒土、V-N-TiO2/玻璃珠光催化复合材料、凹凸棒土、玻璃珠负载材料对腐殖酸、亚甲基蓝的吸附符合Langmuir等温模型,V-N-TiO2/凹凸棒土、V-N-TiO2/玻璃珠光催化复合材料的负载形式对其吸附性能影响最大。V-N-TiO2光催化剂、V-N-TiO2/凹凸棒土、V-N-TiO2/玻璃珠光催化复合材料对腐殖酸、亚甲基蓝的光催化反应均符合一级动力学方程。V-N-TiO2/凹凸棒土、V-N-TiO2/玻璃珠光催化复合材料的光催化性能与吸附平衡常数Ka、光催化表面反应的速率常数Kr有关。当光催化复合材料对不同目标降解物的吸附平衡常数差别较大时,吸附平衡常数越大,反应速率常数越大,光催化反应进行得越快;当光催化复合材料对不同目标降解物的吸附平衡常数差别不大时,光催化表面反应的速率常数越大,反应速率常数则越大,光催化反应进行得越快。
壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒的制备与性能
郜玉楠, 周历涛, 王静, 茹雅芳, 孙美乔, 傅金祥
2019, 36(3): 701-707. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180529.003
摘要:
采用实验室自制壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒用于处理水中NH4+-N和NO3--N,通过优化工艺条件确定最佳壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒制备方法,并利用SEM、比表面积(BET)、FTIR和XPS分析壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒表面物化特性。结果表明:壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒最佳制备条件为:乙酸浓度为4vol%,壳聚糖浓度为7 g/L,振荡时间为10 h,振荡温度为30℃。制得的壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒对NH4+-N和NO3--N的吸附量分别达到0.636 mg/g和1.952 mg/g,去除率分别为81.60%和40.28%。壳聚糖/沸石分子筛复合吸附颗粒表面形貌呈现较多凸起和微孔,比表面积为391.52 m2/g。FTIR分析结果表明,壳聚糖特征官能团-NH2和-CH3已负载于沸石分子筛的基本骨架中。XPS分析结果表明,元素O1s在壳聚糖与沸石分子筛的连接过程中起主要作用,该研究成果可为北方严寒地区净水厂的提标改造提供理论依据。
改性氧化石墨烯/Fe3O4复合材料的制备及电磁吸收性能
奚洪亮, 李伟铭, 赵永彬, 陈爱华
2019, 36(3): 708-714. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180613.004
摘要:
为改善氧化石墨烯(GO)/Fe3O4复合材料的分散程度,利用三苯基膦(PPh3)对GO表面进行功能化改性得到改性氧化石墨烯(GOP),然后采用共沉淀法一步合成GOP/Fe3O4复合材料。通过场发射SEM、高分辨TEM、XRD、FTIR、Raman和VSM对GOP/Fe3O4复合材料的形貌、结构和磁性能进行表征。利用矢量网络分析仪(PNA)测试了GOP/Fe3O4复合材料的电磁参数并模拟计算其对电磁波的吸收性能。结果显示:GOP/Fe3O4复合材料的最大电磁波吸收强度值达到-25.4 dB,有效吸收频宽为6.0 GHz,较未改性GO/Fe3O4复合材料均有大幅度提高。
高疏水氟化SiO2/聚醚砜复合膜的制备与表征
李颖娜, 李悦, 孟丽聪, 叶卉, 张玉忠, 徐行健
2019, 36(3): 715-722. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180821.006
摘要:
以正硅酸乙酯(TEOS)和全氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)为混合Si源,以聚醚砜(PES)为基膜材料,通过真空过滤和热处理工艺制备单侧高疏水氟化SiO2/PES(fSiO2/PES)复合膜。通过ATR-FTIR、XPS、TEM和FESEM等对单侧高疏水fSiO2/PES复合膜进行表征,考察PFDTES修饰量和热处理条件对膜疏水性能的影响,并评价fSiO2/PES复合膜的疏水稳定性能。结果表明,当PFDTES:TEOS的质量比为3时,高疏水fSiO2/PES复合膜的疏水性能较好(接触角为131.5°);当热处理温度为100℃,热处理时间为4 h时,高疏水fSiO2/PES复合膜表面的接触角为138.9°,且其对不同pH值的溶液都有良好的疏水性能。
细菌纤维素@聚吡咯-单壁碳纳米管导电膜的制备与表征
董丽攀, 李政, 王福迎, 丁英杰, 巩继贤, 张健飞
2019, 36(3): 723-729. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180911.007
摘要:
为了获得柔性高电导率导电材料,以细菌纤维素(BC)、吡咯(Py)和单壁碳纳米管(SWCNTs)为原料,在不添加任何黏合剂的情况下,通过简单的原位氧化聚合和真空过滤法制备了BC@聚Py-SWCNTs(BC@PPy-SWCNTs)新型导电膜。通过SEM、FTIR对BC@PPy-SWCNTs复合膜的表面形貌、化学成分进行表征。研究了BC@PPy-SWCNTs膜的电化学性能。结果表明,在SWCNTs添加量为4.7%(质量比)时,BC@PPy-SWCNTs复合膜的电导率可达到6.42 S·cm-1,相比BC@PPy有了很大提高,在充电电流为5 mA·cm-2时,其面积电容可达到0.53 F·cm-2,其能量密度达0.036 mWh·cm-2,功率密度达到1.75 mW·cm-2。BC@PPy-SWCNTs膜拓宽了电极材料的种类,有望应用于超级电容器、电池及传感器等领域。
多壁碳纳米管/硬脂酸-十八醇@脲醛树脂微胶囊的制备及表征
王俊霞, 王军, 黄崇杏, 卢立新, 高德
2019, 36(3): 730-738. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180911.006
摘要:
通过原位聚合法以硬脂酸-十八醇低共融复合相变材料(SA-OA,质量比为50.02%,相变温度为55℃)为芯材,三聚氰胺改性的脲醛树脂(UF)为壁材,氨基化多壁碳纳米管(MWCNTs-NH2)为高导热填料制备了MWCNTs/SA-OA@UF相变微胶囊。采用FTIR、SEM、DSC、TGA和导热系数仪,对MWCNTs/SA-OA@UF相变微胶囊的化学结构、表面形貌、相变性能和导热性能进行表征。讨论了不同的MWCNTs修饰方法、不同乳化剂种类和MWCNTs-NH2添加量对SA-OA@UF相变微胶囊的影响。结果表明:MWCNTs-NH2在溶液中分散性良好;十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和曲拉通X-100复配乳化剂使SA-OA@UF相变微胶囊的表面形貌更加光滑平整;添加质量比为0.5%的MWCNTs-NH2,使MWCNTs/SA-OA@UF相变微胶囊的导热系数达到0.224 W/(m·K),提高了38%(55℃),包覆率提高了6.9%,粒度更加均一,热稳定性有明显提高。
基于三元金属催化剂制备碳纳米管/三维石墨烯复合材料及电容性能
张宁, 金燕, 周玲玲, 胡宝山
2019, 36(3): 739-747. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180821.005
摘要:
通过均匀沉淀法合成Ni-Mg-Al三元金属氧化物(TMO),再通过一步化学气相沉积法(CVD)以CH4为碳源、Ar为保护性气体,在原位还原的Ni上生长碳纳米管(CNTs),在Mg和Al的金属氧化物上生长石墨烯(GR),利用水热法刻蚀掉TMO,制备CNTs/三维石墨烯(3DGR)复合材料。基于CNTs与GR两种组分生长动力学的差异,通过控制Ni、Mg和Al三种金属离子的摩尔比、生长温度、生长时间,调控和优化CNTs/3DGR复合材料的结构及电容性能。借助TEM、SEM、EDS、Raman和XRD对CNTs/3DGR复合材料的结构、形貌、组分进行表征。结果表明,CNTs与GR协同作用为CNTs/3DGR复合材料提供了更多电子运输通道,可大幅提高导电性能,实现电容性能的提升,CNTs/3DGR复合材料的比电容最高可达20 F/g。
MWCNTs改善WS2/三元乙丙橡胶复合材料的非线性电导特性与热导性能
韩澎, 郑明胜, 查俊伟, 党智敏
2019, 36(3): 748-755. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180514.001
摘要:
通过在一定量的纳米WS2中添加极少量的多壁碳纳米管(MWCNTs),形成MWCNTs-WS2复配填料,采用双辊开炼机将三元乙丙橡胶(EPDM)与不同配比的复配填料混合制备了不同MWCNTs含量的MWCNTs-WS2/EPDM复合材料。并研究了极少量的MWCNTs添加对MWCNTs-WS2/EPDM复合材料非线性电导性能、直流击穿性能和导热性能的影响。结果表明,极少量的MWCNTs对MWCNTs-WS2/EPDM复合材料在25℃时的非线性电导特性起到明显的增强作用,且随着MWCNTs含量的增加,复合材料非线性电导特征有明显的规律性变化;由于MWCNTs自身的高电导率和电导正温度系数效应,MWCNTs-WS2/EPDM复合材料电导率随电场强度的变化趋势在80℃时不再表现非线性特征。另外,极少量的MWCNTs对MWCNTs-WS2/EPDM复合材料的热导率有明显地改善。
纳米BiVO4/BaTiO3复合材料光催化降解性能
县涛, 邸丽景, 马俊, 周永杰, 魏学刚
2019, 36(3): 756-763. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180615.001
摘要:
通过混合烧结法将BiVO4与BaTiO3复合获得BiVO4/BaTiO3复合光催化剂。采用XRD和FTIR分析了产物的物相,可知,BiVO4/BaTiO3复合材料中仅含有BiVO4和BaTiO3,无杂相生成。TEM观察发现,粒径约为55 nm的纳米BaTiO3颗粒较好地附着在平均颗粒尺寸为~400 nm的BiVO4颗粒表面,形成异质结构。选用酸性橙7(AO7)作为反应物模型,以模拟太阳光作为光源,研究了BiVO4/BaTiO3复合材料的光催化降解性能。结果表明:与BaTiO3相比,BiVO4/BaTiO3复合材料的光催化降解活性显著提高;当BiVO4的含量为8wt%时,BiVO4/BaTiO3复合材料的光催化效果最佳,光照6 h染料的降解率可达~68%,为BaTiO3的1.9倍。BiVO4/BaTiO3复合材料的光催化性能较为稳定,循环使用3次后AO7的降解率仍有~62%。催化机制分析说明,BaTiO3与BiVO4复合后,光生电子和空穴能够向对方迁移,促进了光生电荷的分离,有利于光催化效率的提高。
超薄MnOx修饰多孔碳纳米纤维及其电容脱盐
王彦博, 聂鹏飞, 刘建允
2019, 36(3): 764-769. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20180712.001
摘要:
MnO2具有较高的理论比电容而作为良好的电容器材料,但因其导电性和循环稳定性较差,从而限制其电化学应用。本研究以静电纺丝技术制备的多孔碳纳米纤维(PCNF)为载体,经KMnO4浸泡后,高温退火获得超薄MnOx层修饰的复合碳纳米纤维(APCNF-MnOx)。通过接触角、SEM、TEM、电化学表征及电容脱盐测试对比分析了碳纤维多孔结构对MnOx形貌及电化学性能的影响。电化学测试结果表明:APCNF-MnOx电极的比电容是退火的MnOx修饰无孔碳纳米纤维(ACNF-MnOx)电极的4倍(20 mV/s)。以APCNF-MnOx为电容器负极材料,成功制得电容器去离子器件,其电容脱盐量达到9.23 mg/g,比ACNF-MnOx提高了29%。