以Ti和C的片状材料为原料, 利用放电等离子烧结(SPS)技术烧结制备了具有层状结构特征的Ti/C叠层复合材料, 研究了不同烧结温度下的叠层材料的组织形貌和室温力学性能。研究结果表明: 随烧结温度的升高, 反应层的厚度增大, 烧结温度达到1500℃时, 反应层的厚度可达到32.6 μm, 进一步提高烧结温度, 将会使Ti发生熔化现象, 无法得到Ti/C叠层复合材料。当烧结温度达到1500℃和1510℃, 层状复合材料的抗弯强度和断裂功分别达到最大值1571.51 MPa和215.09×103 J/m2。Ti/C叠层复合材料的裂纹扩展路径主要有裂纹偏转、 裂纹并行扩展和裂纹尖端的分叉钝化, 这些扩展路径是叠层材料增韧的主要机制。
为探索苎麻麻骨治理重金属废水的工业化应用可行性,首先,利用激光粒度仪、SEM和FTIR等表征手段对苎麻麻骨微粒进行微观表征,探明了苎麻麻骨的微观结构;然后在此基础上,将苎麻麻骨微粒与环境友好型天然润湿剂、黏结剂及崩解剂混合,按一定工艺流程加工成水分散苎麻麻骨饼(WDRSC),在配方筛选过程中,测试了各种助剂质量分数对WDRSC性能的影响,并对苎麻麻骨与WDRSC吸附重金属Cu2+和Cd2+的能力进行了比较。结果显示:苎麻麻骨为具有多孔隙结构的天然物质,表面具有大量的吸附位点和官能团;当WDRSC配方中麻骨、润湿剂、黏结剂和崩解剂的质量比为75:13:2:10时,WDRSC入水后能迅速被水润湿(润湿时间小于60 s)并自动崩解(崩解时间小于60 s),60 s内悬浮率达80%左右,各项性能均符合水分散颗粒剂的要求;润湿剂、黏结剂和崩解剂均能不同程度地影响WDRSC的相关性能;与苎麻麻骨相比,WDRSC对Cd2+与Cu2+的去除率分别提高了11%和4%。所得结论表明将苎麻麻骨制成WDRSC具有运输和使用方便、成本低廉、制作工艺简单且吸附后废渣处理方便等优点,为苎麻麻骨规模化利用的可行方法。
玻璃纤维增强聚酰胺(GF/PA)复合材料因其优异独特的性能特点,在众多领域展示出巨大的应用潜力。然而,GF/PA复合材料固有的易燃属性限制了其在接触火源或高温环境的应用。因此,开发阻燃GF/PA复合材料对于确保其在关键应用中的安全性和可靠性至关重要。在GF/PA中添加阻燃剂是提高复合材料阻燃性能操作最为简单且工业上应用最广泛的一种方法,随着环保要求的提高与相关法律法规的逐步完善, GF/PA用阻燃剂的发展越来越注重无卤、低挥发性有机物(VOC)和低毒性的特性。
结合国内外最新的学术研究成果以及阻燃行业会议的最新趋势,系统总结近年来GF/PA复合材料用阻燃剂的研究进展,并重点论述GF/PA复合材料常用的无卤、环保等新型阻燃剂的典型应用;结合阻燃剂的分子结构与特征,深入探讨阻燃剂的作用机理与作用效果;最后总结目前主流阻燃剂的发展现状以及挑战,并对GF/PA复合材料用阻燃剂的未来方向进行展望,为纤维增强复合材料与阻燃技术相关领域的研究人员提供参考,以更好地选择合适的GF/PA复合材料用阻燃剂,并启发整个行业开辟更高效的阻燃技术与开发更高性能的阻燃复合材料,从而满足GF/PA复合材料在高防火安全要求领域的应用需求。
GF/PA复合材料用的各类阻燃剂具有独特的作用机理与性能优势,但大多数阻燃剂在单独使用时可能会存在自身阻燃效率低,与材料界面结合力较差,添加量大或对性能影响较大等一系列问题,仅靠单一种类的阻燃剂往往难以满足理想的综合性能要求。因此,在实际生产应用中,通过将二元、三元甚至多元阻燃剂复配使用,发挥多种阻燃方式相互协同作用,是获得综合性能优异、高性价比的有效方式。在多种复配的阻燃剂体系中,由于氮-磷系阻燃剂复合的协同阻燃效率较高、市场生产储备较多且产品绿色环保无污染,因此氮磷复合阻燃剂仍是目前阻燃PA与阻燃GF/PA体系中研究较为完善、应用范围最广的阻燃剂组合。不同化学结构、不同形态结构的阻燃剂结合使用,使得材料在燃烧时多种阻燃方式协同作用,不仅能够有效提升材料的阻燃性能,也为基于新要求的阻燃新材料的开发提供了多重解决思路与方案。总之,用于阻燃GF/PA复合材料的阻燃剂将呈现“无卤环保”、“多效合一”的发展趋势。
GF/PA复合材料用阻燃剂的发展方向如下:(1)绿色环保:未来阻燃剂的发展趋势将更加注重无卤、低挥发性有机物(VOC)和低毒性的特性,以降低材料使用时对人类健康和环境的负面影响。随着生物基PA的快速发展与日益增长的市场需求,基于生物原料制备的环保型阻燃剂也将具有广阔的市场应用前景。(2)可持续性:在GF/PA等复合材料的后工业回收(PIR)以及后消费回收(PCR)的热潮下,要求回收材料中的阻燃剂具有可循环性、可回收性。阻燃剂填料的存在给GF/PA的回收增加了障碍,应该考虑阻燃剂在回收过程中的降解与失效问题,这一点正在引起复合材料行业的关注。(3)性能平衡:开发与基体树脂相容性好以及具有化学反应活性的新型阻燃剂是未来阻燃的另一个发展方向,而如何平衡阻燃剂价格、阻燃剂用量、材料阻燃与力学性能之间的多重平衡是从原材料到终端制造整个行业链需要努力的方向。为了应对GF/PA用阻燃剂的以上发展趋势,科学界与产业界应加强深入交流,阻燃行业产业链之间也应加强信息交互,发挥上下游创新主体间的合作优势,以积极应对阻燃GF/PA复合材料在高端应用市场下的机遇与挑战。
玻璃纤维增强聚酰胺(GF/PA)复合材料因其优异独特的性能特点,在众多领域展示出巨大的应用潜力。然而,GF/PA复合材料固有的易燃属性限制了其在接触火源或高温环境的应用。因此,开发阻燃GF/PA复合材料对于确保其在关键应用中的安全性和可靠性至关重要。在GF/PA中添加阻燃剂是提高复合材料阻燃性能操作最为简单且工业上应用最广泛的一种方法,随着环保要求的提高与相关法律法规的逐步完善, GF/PA用阻燃剂的发展越来越注重无卤、低挥发性有机物(VOC)和低毒性的特性。基于此,本文综述了近年来阻燃GF/PA复合材料所使用阻燃剂的研究进展,并通过典型研究案例探讨了阻燃剂的阻燃机制与阻燃效果。此外,本文总结了GF/PA复合材料用阻燃剂的现状,并对其发展方向进行了展望,为无卤阻燃复合材料领域的研究者提供参考。