校园防火用GFRE复合涂层力学性能分析

为了提高校园防火用玻璃纤维增强环氧(GFRE)复合涂层力学性能，将碳纳米管(CNTs)均匀分散在环氧树脂(EP)中，制备了CNTs/GFRE复合涂层。通过试验测试的手段重点分析各类不同含量的官能团条件下GFRE的力学特性。研究结果表明：与纯GFRE试样相比，不同官能团CNTs/GFRE获得更高拉伸强度，拉伸模量也明显增大，拉伸强度提高最明显的是加入CNTsOH复合涂层，含有不同官能团的CNTs/GFRE依次增大了22.8%、30.1%与25.1%的弯曲强度，弯曲模量依次增大2.7%、5.1%与3.2%。     

CNCs增强PCL复合纤维支架的静电纺丝制备及其性能表征

采用静电纺丝技术制备了聚己内酯(PCL)纤维支架,并将酸水解制得的纤维素纳米晶体(CNCs)作为增强体,制备了不同CNCs加载量的CNCs/PCL复合纤维支架,以提高PCL纤维支架的力学性能,并探讨了CNCs对PCL纤维支架细胞相容性的影响。结果表明:最佳增强条件是m(CNCs)/m(PCL)为5.25%,在该条件下制备的复合纤维支架(CNCs-5.25/PCL)最大应力和断裂伸长与纯PCL纤维支架相比分别提高了291%和320%。复合纤维支架上成功培养了成人胰腺导管癌细胞(Panc-1)和肝细胞(HL7702);对成人胰腺导管癌细胞在PCL及CNCs/PCL复合纤维支架上的增殖速率进行的单因素方差分析表明,CNCs没有增大PCL复合纤维支架的细胞毒性。CNCs可以作为静电纺PCL纤维支架的增强材料,制备具有良好力学性能和细胞相容性的纳米复合纤维支架,为CNCs在组织工程中的应用提供了理论依据。     

纳米纤维素基水凝胶的制备及其在生物医学领域的应用进展

纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystals,CNCs)和纤维素纳米纤维(cellulose nanofibrils,CNFs)具有独特的理化性质,例如,比表面积高(100 m2/g)、机械性能优越(弹性模量130～150 GPa)、密度低(低至1.6 g/cm3)、膨胀系数小(低至0.1×10-6/K)、生物相容性好、表面多羟基结构容易进一步修饰等,且原料易得、可再生和生物降解,是理想的先进功能材料构建砌块,已被证明是具有良好应用前景的生物基纳米材料。近年来,纳米纤维素基水凝胶引起了大量的关注,并且其在生物医学领域的应用得到了广泛研究。笔者主要综述了CNCs和CNFs基水凝胶的制备及其在生物医学应用的研究进展。首先介绍了制备CNCs基水凝胶的物理交联法和化学交联法,以及CNFs与金属离子交联、CNFs与聚合物交联两种制备CNFs基水凝胶的方法;其次重点介绍了CNCs和CNFs基水凝胶在药物递送、创伤敷料和组织工程支架中的应用;最后总结了CNCs和CNFs基水凝胶在生物医学领域的应用前景和面临挑战,并指明了CNCs和CNFs基水凝胶在生物医学领域研究的发展方向。     

针状木纤维/HDPE复合材料的力学性能

采用一步法连续挤出技术将杨木针状纤维与高密度聚乙烯(HDPE)进行熔融复合制备木塑复合材料(NF-WPC).用正交试验法分析纤维尺寸、纤维添加量、偶联剂含量和润滑剂含量4个因子对NF-WPC力学性能影响的显著性;用扫描电子显微镜观察分析NF-WPC中木纤维与HDPE的界面结合状况;提出优化的工艺配方并与相同木材含量的木粉/HDPE复合材料进行对比研究.结果表明:针状木纤维的含量对NF_WPC冲击强度影响显著,对弯曲性能和拉伸性能的影响高度显著;偶联剂马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)的添加量对NF_WPC的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度影响显著;在本文的试验范围内,木纤维尺寸和润滑剂石蜡的含量对NF-WPC力学性能的影响不显著.确定的优化工艺配方为:木纤维长度为3～4mm、长径比为8～11,木纤维含量60%,MAPE含量4%,石蜡含量0.3%;采用优化工艺制备的NF_WPC的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量和冲击强度分别为58.7 MPa、3.0 GPa、39.6 MPa、4.0 GPa和12.7 kJ·m-2.除冲击韧性略低外,用优化工艺配方制备的NF_WPC其他力学性能均高于用同比例木粉制备的木塑复合材料.     

CaCO_3粒子对天然纤维增强柔性复合地板性能的影响

以天然植物纤维制备的纤维增强柔性复合地板作为一种新型绿色环保复合地板受到越来越多的关注,纤维增强柔性复合地板为木竹加工剩余物、秸秆和麻类等农业废弃物的高效利用提供了新途径。添加剂CaCO_3粒子对纤维增强柔性复合地板的性能有重要影响,通过设置不同粒径的CaCO_3粒子及粒径分布研究其对产品力学性能及物理性能的影响。结果表明:CaCO_3粒子粒径及分布最佳配比工艺是25%含量的粒径48μm粒子、25%含量的粒径106μm粒子、50%含量的粒径160μm粒子,在此工艺参数下获得的弯曲强度、弹性模量、冲击强度和内结合强度分别为27.2 MPa、1 679 MPa、13.6 k J/m2和1.68 MPa,吸水厚度膨胀率为1.56%,热膨胀率为0.98%,密度为0.72 g/cm3。添加CaCO_3粒子的天然纤维复合材料具有良好的力学性能和物理性能。     

电纺纳米纤维基柔性压力传感器的制备及性能研究

以醋酸纤维素(CA)为原料,利用静电纺丝技术制备醋酸纤维素纳米纤维(CANFs),脱乙酰化后得到纤维素纳米纤维(CNFs),再通过原位聚合吡咯构建复合导电纳米纤维(CNFs-PPy),结合纸电极组装柔性压力传感器。通过红外光谱、X射线衍射、扫描电镜对材料进行表征,联用万能材料试验机和电化学工作站研究传感器机电性能,结果表明：聚吡咯成功复合在纤维素纳米纤维表面,复合导电纳米纤维氮元素质量分数为24.8%;传感器在1～15 kPa压强载荷下的电流-电压曲线均保持良好的线性关系,相对电流变化率随压强增加而升高;传感器在低压强(0～0.99 kPa)范围内灵敏度高达1.77 kPa^-1,在中压强(1.00～8.33 kPa)和高压强(8.53～15 kPa)范围内灵敏度分别为0.43和0.22 kPa^-1;传感器具有优异的信号可靠性和稳定性,循环加载3 000次器件的传感信号仍保持稳定;该传感器可以实现对手指触碰等外界压力变化的实时监测,为绿色柔性电子的发展提供了新思路。     

木纤维/碳纳米管复合无胶纤维板的制备及其性能

为降低室内电磁波污染现象,在人们广泛应用的纤维板上复合具有吸波性能的碳纳米管,通过胶磨和热压的方法制备木纤维/碳纳米管复合无胶纤维板。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对复合材料的形貌结构进行表征。结果表明:木纤维经过胶磨分层,复合材料经过热压出现层状结构;碳纳米管已成功附着于木纤维表面;在26.6°出现碳纳米管(006)的特征峰;木纤维和碳纳米管之间以酯键和氢键的方式进行连接。复合材料与无胶纤维板相比,静曲强度和弹性模量分别提高了约100%和20%。复合材料在厚度5 mm、频率9.8 GHz,到厚度3.5 mm、频率16.7 GHz范围内,反射损耗出现最低峰-7.3 d B。碳纳米管赋予了复合材料良好的导电性,其电导率为0.715 S/m。     

水蒸气活化制备超级电容器木质活性炭的研究

为了制备价格低廉、性能优良的超级电容器活性炭,以马尾松为原料,采用常规的水蒸气活化法制备了超级电容器木质活性炭。采用元素分析,N2吸附/脱附等手段分析了活性炭的元素含量和孔隙结构;采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等方法,分析了活性炭电极在以1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐/乙腈为电解质溶液的超级电容器中的电化学性能,考察了活化温度、活化时间对木质活性炭电化学性能的影响规律。结果表明:随着活化温度的升高,活性炭的比电容量先增后降;随着活化时间的延长,活性炭的比电容量也呈现先增后降的变化趋势。在炭化温度900℃、活化温度900℃和活化时间1 h的条件下制得的活性炭比表面积高达1 647 m~2/g,总孔容积1.00 cm3/g;在5 m V/s的扫描速率下活性炭电极的比电容量最高,达到155 F/g,且倍率性能和循环稳定性良好,循环5 000次后比电容量保持率89%;其在有机电解液中的能量密度高达33.6(W·h)/kg。     

慈竹不同尺度单元对复合板材物理力学性能的影响

开发高强度竹基复合材料,拓展其在建筑工程领域的应用,是“竹材建材化”理念的有效实现途径。笔者将慈竹加工成竹篾片、竹束和维管束纤维3种不同尺度的单元材料,按不同组合方式组坯压制4种板坯结构的慈竹复合板材,并对其物理力学性能和端面形貌结构进行研究分析。研究结果表明：4种慈竹复合板材的吸水厚度膨胀率、抗弯性能和抗拉性能均处于GB/T 40247—2021《重组竹》标准规定的中上等级,其中竹篾片复合板材的物理力学性能较低,而维管束纤维复合板材较优。维管束纤维复合板材的弯曲弹性模量、静曲强度和抗拉强度分别达到了27.0 GPa、338.0 MPa和281.2 MPa;其比模量和比强度分别为24.1 GPa和302.3 MPa,超过了玻璃纤维增强铝合金层板,与芳纶铝合金层板相当,在工程结构领域具有较大应用前景。通过电子扫描显微镜观察板材端面结构发现,维管束纤维复合板材中维管束纤维之间存在明显的裂隙,在受载过程中易发生强度失效。因此,需进一步优化浸胶和热压工艺以提高其力学性能。     

具有纳米结构的木材气凝胶基电极的制备及其电化学性能

超级电容器作为清洁可持续的储能设备,其电化学性能主要由电极材料决定,因此电极材料逐渐成为当前储能领域的研究热点。木材因其天然的多尺度微/纳米孔隙结构以及可再生、可生物降解等特点,逐渐被用于电极材料的研究。以巴沙木为基材,首先采用脱木素联合TEMPO氧化法将木材细胞壁分离具有纳米网络结构的木材气凝胶(TDW),然后将纳米纤维素分散的碳纳米管(CNT)悬浮液通过满细胞法浸渍到木材气凝胶中,冷冻干燥后在导管孔和细胞间隙中形成了连续的碳纳米管导电网络结构,最后进行聚吡咯(PPy)原位聚合,在细胞壁和导管孔中构建成具有纳米导电网络结构的TDW/CNT/PPy复合电极。电化学性能测试显示,由于在TDW的宏观孔隙中导电网络的构建,TDW/CNT/PPy的电化学性能明显优于TDW/PPy电极,而且随着碳纳米管比例的增加而增强,其中,TDW/CNT-2/PPy在1.0 mA/cm²扫描速率下的比电容达到389 F/g、面电容为10.5 F/cm²,而且在10 mA/cm²扫描速率下经过10 000次循环后的电容保持率为95.1%。本研究通...     

PAM/PEGDA相变储能导电木膜的制备与表征

以轻木为基材,以丙烯酰胺(AM)为改性单体,添加聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为相变基元和交联剂,通过自由基聚合的方法制备了一种具有固-固相变储能的木膜。通过傅里叶红外光谱测试、机械性能测试、X射线衍射、差示扫描量热法以及热失重测试分析了样品的结构与性能。结果表明,轻木基板浸渍AM和PEGDA后力学性能显著提升;PEGDA含量为2.5%(质量分数)时,木膜拉伸强度取得最大值2.85 MPa;断裂伸长率在0.5%(质量分数)时取得最大值6.06%;PEGDA含量为2.0%(质量分数)时,木膜结晶度取得最大值47.7%;木膜的相变潜热焓在PEGDA含量2.0%(质量分数)时,达最大值25.63 J/g;木膜具有各向异性导电性能,沿纤维方向(x方向)最大电导率为2.99 S/m,垂直纤维方向(y方向)最大电导率为2.01 S/m;木膜浸渍0.5 mol/L FeCl_3溶液比浸渍相同浓度NaCl和AlCl_3溶液的电导率高,浸渍NaCl、AlCl_3和FeCl_3后,沿纤维方向木膜的电导率最大值分别为0.01,0.02和2.99 S/m,垂直于纤维方向电导率最大分别为0.03,0.04和2.01 S/m。聚丙烯酰胺/聚乙二醇二丙烯酸酯(PAM/PEGDA)相变储能导电木膜有望作为新型木基环保导电薄膜材料应用于柔性电子可穿戴领域及绿色建筑材料。     

基于洋麻纤维/聚丙烯/橡胶板的复合板材制备工艺研究

以洋麻纤维和聚丙烯纤维针刺毛毡、橡胶板为原料,以PE(聚乙烯)胶膜为胶黏剂,利用热压成型工艺制备洋麻纤维/聚丙烯/橡胶板复合材料。首先通过热压因子单因素和正交试验制备洋麻纤维/聚丙烯复合板,测试其物理力学性能,选出较优热压工艺参数。然后加入橡胶板,通过优化热压因子,采用二次成型制备洋麻纤维/聚丙烯/橡胶板复合板材,与一次成型工艺制备的洋麻纤维/聚丙烯/橡胶板复合板材物理力学性能作对比。探究制备洋麻纤维/聚丙烯/橡胶板复合板材时,不同热压温度、时间和压力对复合材料物理力学性能的影响,并分析得出较优热压工艺。     

竹原长纤维制备及其增强聚丙烯复合材料研究

为开发适用于汽车内饰件的竹纤维增强复合材料,以福建省资源丰富的绿竹和聚丙烯膜(PP)为原料,通过分析碱液预处理工艺对竹片得率、竹纤维得率和白度等的影响,优化预处理工艺,制备生产效率高、长径比大的竹原长纤维(LBF);进一步研究热压工艺参数和LBF添加量对LBF/PP复合材料物理力学性能的影响,确定较佳的热压工艺和原料配方。实验结果表明:在处理温度100℃条件下,采用10%(质量分数)氢氧化钠、处理时间180 min的工艺预处理制得的LBF较竹片中的纤维素含量增加,木素含量下降,结晶度增大;LBF纤维平均长度为25.79 mm,长径比为173.02∶1.00,拉伸强度和拉伸模量分别为584.85 MPa和45.41 GPa。热压温度190℃、热压压力8 MPa、热压时间20 min、LBF质量分数为50%时,LBF/PP复合材料力学性能和耐水性能较佳,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别达到31.55 MPa、46.11 MPa、2 833.80 MPa和28.55 kJ/m~2,24 h的吸水率和厚度膨胀率分别为14.19%和8.11%,可应用于硬质仪表板、杂物箱等汽车内饰件。扫描电镜结果显示,纤维表面粗糙,热压过程使熔融状态的PP渗透到LBF表面的孔隙,形成较好的物理机械结合。     

大豆蛋白水凝胶电解质的制备及在固态超级电容器中的应用

以大豆蛋白(SPI)和丙烯酰胺(AAm)为原料,过硫酸铵(APS)为引发剂,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为交联剂,氯化锂为电解质盐,N,N,N,N′-四亚甲基乙二胺(TEMED)为促进剂制备得到大豆蛋白水凝胶电解质,探究了其力学性能以及组装成超级电容器后的电化学性能。研究结果表明:制得的大豆蛋白水凝胶电解质具有优异的弹性以及耐疲劳性能,这是由于SPI纳米颗粒通过塑性变形及相互摩擦耗散外力,聚丙烯酰胺网络维持结构完整。在经历80%的压缩应变循环100次后,应力保持率始终在100%以上,塑性变形率低于7%,能量损耗系数小于0.2。另外,该水凝胶电解质具有较高的离子电导率,可与聚吡咯/碳纳米管(PPy/CNTs)纸复合电极组装成固态超级电容器。当水凝胶电解质的含水率由60%增加到90%,经GCD方法计算得到固态超级电容器的比电容由58 F/g增加到83 F/g;在1.2 A/g的电流密度下,固态超级电容器的能量密度为3.95～6.86 W·h/kg,功率密度为206.69～226.99 W/kg,与已报道的超级电容器的能量密度和功率密度进行比较,均表现出高能量密度和高功率密度优势,...     

硅藻土基中密度纤维板的研究

硅藻土作为主要功能填料,与施胶纤维复合,通过热压制备了硅藻土基中密度纤维板(D-MDF)。讨论了硅藻土种类和添加量对D-MDF的理化性能的影响。结果表明,硅藻土采用煅烧硅藻土,最大加入量为12%,与未添加硅藻土的中密度纤维板相比,D-MDF的甲醛释放量降低了58.1%,力学性能符合中密度纤维板GB/T 11718—2009中密度纤维板国家标准,吸水厚度膨胀率为13.16%、内结合强度0.671MPa、静曲强度31.03MPa和弹性模量为3 218MPa。     

竹木复合层积材的力学性能及耐老化性能

以毛竹靠近竹青的最外层竹篾和桦木单板为原料生产3种不同密度的竹木复合层积材,对其基本力学性能及耐老化性能进行了研究。结果表明:在板材密度0.9～1.1 g/cm3的范围内,竹木复合层积材的抗弯强度>220 MPa,抗弯模量>20 GPa,顺纹抗压强度>150 MPa,顺纹抗拉强度>200 MPa,且板材力学性能随板材密度的增大而增大;在实验室加速老化处理后竹木复合层积材的抗弯模量、抗弯强度、顺纹抗压(抗拉)强度的保留率都很高,均在75%以上,表现出很强的抗老化能力。     

聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合薄膜的制备与性能

利用生物质纳米纤维素纤维的高强度和高长径比,向聚乙烯醇中引入纳米纤维素,可改善薄膜的拉伸性能。针对聚乙烯醇阻隔性能的改善问题,选用片层的还原氧化石墨烯作为增强相,将自制的纳米纤维素和氧化石墨烯加入聚乙烯醇溶液中,以D-果糖为绿色还原剂,分别添加质量分数0.2%,0.4%,0.6%,0.8%的还原氧化石墨烯,采用浇涂法制备聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合薄膜。通过纳米纤维素与石墨烯的协同增强作用,研制了兼具优良阻隔性能和拉伸性能的生物降解薄膜。结果表明,当纳米纤维素和石墨烯质量分数分别为0.8%和0.6%时,聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合薄膜的拉伸强度、氧气透过系数、对水的接触角和吸水率分别为88.76 MPa、0.592×10-15cm~3·cm/(cm~2·s·Pa)、90.5°和72.9%。但石墨烯的用量存在一个阈值,当质量分数高于0.6%时,复合薄膜的力学和阻隔性能反而下降。     

石墨化生物质炭复合材料制备研究

在高温氮气流中制备竹基和木基生物质炭,并将其掺入聚丙烯(PP)中制备生物质炭-聚丙烯复合材料,探究生物质炭对复合材料力学性能的影响。通过拉曼光谱（Raman）、X射线衍射（XRD）和衰减全反射（ATR）红外光谱及复合材料中的空隙因子归一化分析表明：竹基生物质炭和木基生物质炭具有明显的石墨特性;与纯聚丙烯相比,竹基生物质炭-聚丙烯复合材料有效拉伸强度降低了约10%;木基生物质-聚丙烯复合材料拉伸强度为32.3 MPa,冲击强度为17.4 J/m,与纯聚丙烯相比,木基生物质炭-聚丙烯复合材料的拉伸模量、抗弯强度和抗弯模量分别增加56%、19%和67%;木基生物质炭掺入热塑性聚丙烯中可增强复合材料的力学性能。     

氮掺杂竹炭基超级电容器电极材料制备与表征

以竹炭为前驱体、三聚氰胺为氮源、碳酸钾为预活化剂,采用两次活化工艺成功制备了氮掺杂竹活性炭超级电容器电极材料。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、比表面积及孔隙分析(BET)和X射线光电子能谱(XPS)等测试方法对制备的电极材料的形貌、结构、化学成分进行表征。通过控制活化过程中的炭碱比(质量比)优化样品的电化学性能,结果表明:炭碱比为1∶1时制备的NC-1样品比表面积高达1 984.4 m2/g,平均孔径为1.26 nm,样品具有清晰的介孔以及内部蠕虫状的微孔。炭材料中氮元素和氧元素含量(质量分数)分别为2.20%和4.65%,有利于增加活性炭表面的亲水性和赝电容,从而提高其比电容量。经电化学性能测试,NC-1样品循环伏安曲线(CV曲线)具有良好的对称性,呈近似矩形;其中在低电势窗口出现明显的宽峰,表明充放电过程中材料表面的含氮官能团与电解液之间发生氧化还原反应,贡献赝电容。恒流充放电显示在1 A/g电流密度下质量比电容高达224 F/g,与未采用该活化工艺的样品比较提高了86.7%。在50 A/g电流密度下其质量比电容高达144 F/g,且在10 A/g下经5 000次循环充放电后仍可达到93%的初始电容保持率,显示了氮掺杂竹活性炭超级电容器电极材料较优异的电化学性能和稳定的循环性能。     

闪爆稻秆纤维/聚乙烯醇制品热压成型及性能研究

采用连续式螺杆闪爆预处理稻秆,得到闪爆稻秆纤维(SERS)。以聚乙烯醇(PVA)为胶黏剂,将具有一定含水率的SERS与PVA粉末直接混合,热压制备复合制品。探究了SERS含水率、PVA种类和成型温度对制品机械性能的影响。结果表明:稻秆纤维中适当的水分能够增塑PVA,软化稻秆纤维,促进两者在成型过程中的塑性形变能力。以含水率为10%的SERS和PVA0588为原料,在210℃下热压制备的SERS/PVA复合板材,其弯曲强度和弯曲模量分别达到57.92 MPa和6 780 MPa,2 h吸水厚度膨胀率仅为16.7%。基于相同成型工艺可高效制备形状复杂的复合容器,有利于实现植物纤维的高效与高值化利用。