碳纤维增强聚合物

由于相比传统的结构连接方法(如铆接)有很多优势，粘接剂连接越来越多地应用于许多行业，。尤其适在纤维增强复合材料行业，因为铆钉会打断纤维，从而削弱了层合板的力学性能。在航空结构中，粘接可以应用于金属-金属接头、复合材料-复合材料接头和复合材料-金属接头，以及部件的装配和修补。粘接接头的质量取决于胶粘剂、制造工艺、环境和载荷工况，以及被粘接基材的表面。CFRP（碳纤维增强塑料）组件用粘合剂粘合的表面通常是纹理表面，这是由于在生产过程中使用过程中使用脱模布或机械预处理，如砂光或铣削。脱模布用于纤维增强塑料的制造,有两个目的:在运输和储存过程中保护零件表面以及在随后的工作步骤中（如胶粘剂粘接），产生具有所需表面特性的可粘接表面。然而脱模布的使用并不简单。脱模布不仅很难去除，而且由脱模布产生的表面在粗糙度和元素组成方面发生了改变。本文研究了氟基脱模剂对碳纤维增强复合材料粘接性能的影响。在筛选范围内，研究了14种氟基脱模剂——ETFE脱模薄膜、PTFE涂层玻璃织物以及PTFE纤维织物。初步研究表明ETFE薄膜在粘附方面具有优势。研究内容包括:用剥离试验测定脱模剂的撕裂强度 测定了大气压等离子体预处理前后的元素组成(XPS)和表面特征(SEM)，通过离心黏附试验表征了拓扑结构变化对和黏附强度的影响。

碳纤维被广泛用作复合材料中的增强材料。由于碳纤维较脆，在制造过程中会因机械摩擦而出现许多问题，例如断丝和起毛。因此，碳纤维一般在表面上胶或包覆上胶层，胶层通常由聚合物组分组成的溶液或乳液中获得。从实用的角度来看，施胶配方应易于使用、长期储存（超过6个月）稳定、无毒和环保。在该项工作中，为了改善碳纤维和热塑性基体(PEEK)之间的界面，优化纤维上的稳定性和成膜，研究了表面活性剂的性质和浓度的影响，以及PEI浓度对施胶分散体特性的影响。获得的分散体通过LUMiFuge快速评估稳定性。

纤维增强塑料即聚合物基纤维复合材料用术语，是纤维增强树脂基复合材料。因其优异的力学性能和较低的密度多用于汽车、航天领域。《GB/T 2576-2005 纤维增强塑料树脂不可溶分含量试验方法》中规定了纤维增强塑料树脂需要使用索氏提取仪测定其中的不可溶分含量。本实验参照其方法对纤维增强塑料（玻璃钢）不可溶分含量进行测定。

Release agents are applied as a liquid that forms a thin film coating to aid removal of carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) parts from a mold or peel ply. This process, however, leads to inevitable contact transfer, causing release agent to remain on the part or repair. Before painting or bonding of the CFRP component to other structures, proper post-treatment to remove vaporizable components of the release agent is required. Improper or inadequate post-treatment leads directly to reduction of bond strength of joined parts or topcoat paint adhesion. The complexity of CFRP systems requires the use of new nondestructive analysis technologies such as FTIR spectroscopy, for the analysis of the surface matrix of the material. The primary objective of this application note is to demonstrate that FTIR spectroscopy can nondestructively measure the level of release agent on a carbon fiber epoxy system before bonding. The analysis uses an Agilent 4100 ExoScan FTIR. This handheld spectrometer enables in-situ inspection during manufacturing, in-service, or repair environments, or ex-situ in a laboratory. The analysis is accomplished in less than 1 minute and does not require any sample pretreatment. This work was part of a joint project commissioned by the European Union entitled ENCOMB (extended nondestructive testing of composite bonds) [1].

胶粘剂粘接是一种用于碳纤维复合材料(CFRP)航空航天结构的既节省重量又符合材料要求的连接方法。除了热固性基体的普遍使用外，高性能的热塑性基体也越来越引起人们的兴趣。一般情况下，CFRP表面需要进行预处理，以获得可靠的连接。除了清洁表面污染物外，表面处理过程还用于改变表面性能以增强附着力。为了探讨表面功能化对提高聚合物粘附力的作用，慕尼黑联邦国防军大学-航空航天工程系-材料科学学院和德国联邦国防军材料、燃料和润滑剂研究所共同以聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚砜（PES）和环氧树脂（RTM6）为基体,研究了氧低压等离子体（LPP）和真空-UV（VUV）两种物理预处理方法的效果。用不同极性溶剂对聚合物表面进行表面处理后，再对聚合物表面进行清洗。利用X射线光电子能谱(XPS)、接触角测量和原子力显微镜(AFM)对样品预处理前、预处理后和洗涤后的表面化学、润湿性和形貌进行了研究。并利用LUM公司的离心粘合拉伸试验（CATT）验证粘结强度。

纤维种类、编织方式、纤维表面处理、在树脂中的分散性和长径保留比、纤维含量都影响最终的增强效果。在微观尺度上，复合材料的强度决定于基体材料与增强纤维界面的强度，要实现这一点必须使材料在界面上形成能量的最 低结合，即液体与固体之间的润湿。因此研究复合材料中纤维和基体界面的组成、结构、控制、性能和改进界面相，是复合材料的基础理论之一。但玻璃纤维和碳纤维具有高强度低伸长，易弯曲脆断等特性，给样品制备带来很大的困难。本文以碳纤维增强树脂为例进行样品制备。

助悬剂和增稠剂聚合物，如羟乙基纤维素的作用是使整个制剂均匀分散，保持悬浮，使活性成分不发生沉淀或因重力沉降。在液体制剂的生产过程中或之后尤为有用。

碳纤维系统工程需从原丝的聚合单体开始，实现一条龙生产。原丝质量既决定了碳纤维的性质，又制约其生产成本。优质 PAN 原丝是制造高性能碳纤维的首要必备条件。如何在生产过程的一开始就控制好聚合反应的过程，确保整个反应过程都基本一致，就需要使用在线粘度测量来达到实时测量并对此过程加以控制，是整个碳纤维生产的关键一步。

未经过表面处理的碳纤维表面能低，约为2.7×10-3N/m，表面呈现憎液性，缺乏有化学活性的官能团，限制了碳纤维作为电极材料的应用。70年代中期发展起来的化学修饰电极(Chemically Modified Electrode，简称CME)，为碳纤维电极的制备提供了新的思路。它是通过在电极表面进行分子设计，将具有优良特性的分子、离子、聚合物固定在电极表面，改变电极和电解液界面的微结构，使电极具有良好的电催化性能。CME丰富了电极材料，为直接氧化处理有机物开辟出新的途径。本文通过实验发现：采用0.5mol L-1磷酸溶液，2.0A/g的电流密度，通电5min电化学氧化处理的碳纤维为最佳方案。氧化处理后碳纤维接触角下降了约16o，表面能增加了近9倍，与环氧树脂基体粘接性能提高了33%，电化学响应明显改善。这些实验说明了电化学氧化改性是有效的手段，它使得碳纤维表面接上了数量丰富的活性官能团。通过红外光谱确定碳纤维表面接上的活性官能团主要为内酯基、羧基和羟基。系统讨论了未处理碳纤维在无机酸、无机盐和碱溶液中的电化学性质，表明碳纤维在酸性溶液中氧化最剧烈，中性溶液中的氧化较弱，碱性溶液的变化几乎可以忽略，说明选取磷酸电化学氧化碳纤维是合理的途径。分析了处理后碳纤维的电化学行为，0.5V氧化峰反映出纤维表面一些化学键发生了断裂，表面活性碳原子增加，表面已有的一些官能团被进一步氧化；0.19V氧化峰是纤维表面活性碳原子和吸附的氢氧根离子发生电化学氧化所致。实验还发现，处理后的碳纤维对电极分析标准溶液K4Fe(CN)6加KCl混合溶液、FeSO4加HClO4混合溶液有良好的电化学响应，是适合作为电化学分析的电极。将处理后的碳纤维和碳纳米管电极应用于水溶液中低浓度苯酚(低于5m mol L-1)的检测和氧化处理，发现碳纤维和碳纳米管电极可以在较低的电位(1.0VvsSCE)实现连续氧化，能克服电极吸附。恒电位氧化显示，碳纤维在1200s内保持了电极活性，能有效降低水溶液中的苯酚含量；碳纳米管电极在6000s之后仍然能保持活性，能逐渐将苯酚氧化直到完全清除。分析苯酚的氧化路径显示，苯酚被直接氧化为CO2，避免了二次污染，这证明了碳纤维和碳纳米管作为电极材料，在对污水中苯酚处理方面有应用前景。

采用Ekspla公司NT342型号纳秒可调谐激光器，对氟苯并芴核心聚合物作为低阈值高增益放大激光介质的可行性进行了研究。

多层高分子膜在各行业中应用非常广泛。其中一个主要用途是食品和消耗品的包装材料。由于包装膜需要满足各种需求来保护其内部的产品，所以多层膜通常结构非常复杂。包装材料必须能够包裹住内部的产品，有足够的强度和密封能力，其生产必须机械化操作而且成本合理。对于食品包装材料，还要能够保护内部的食品防止外界的环境对食品的质量和安全造成影响，从而增加储存时间。多层膜中的每一层膜都有不同阻隔作用以保护外界不同因素可能造成的影响，比如湿度、光、氧气、微生物和其他化学物质。总的来说，传统的高分子材料例如PET、PE、PS和PP都可以用作包装材料。这些包装材料中有很大一部分最后都被扔至垃圾场或者被回料加工厂回收。这些材料中很多都只能缓慢的生物降解或者不能被生物降解，对环境污染非常大。因此，使用很多可生物降解聚合物或可分解聚合物来做包装材料成为了人们的关注点。生物基材料由部分可再生或全部可再生材料制成，例如纤维素、淀粉或聚乳酸。这些生物基塑料是可生物降解的，但并不是无条件的。在有水、二氧化碳和生物能量的情况下，可分解塑料能够被微生物完全生物降解。这些环境友好材料将来的发展前景更加广阔。红外显微已经成为表征多层聚合物膜结构的最重要的一种技术了。红外光谱能够鉴别材料的结构，而一台红外显微镜可以对最小10μ m的样品进行分析，包括可以鉴别多层膜中每层膜的结构。本文介绍了红外显微镜在传统多层膜和新型可分解材料上的应用。从文中我们可以看出红外显微技术无论对传统多层膜包装材料还是新型生物可降解多层膜包装材料都能提供很好的表征。对于不同样品我们可以使用透射或者ATR来对样品进行分析。

采用LaVision形变应变分析测试系统StrainMaster对水化钢包渣和石膏的应变硬化聚丙烯纤维增强复合材料的效应进行了测量和分析研究。

碳纤维复材是由碳纤维和树脂等多种材料组成的一种高性能复合材料。碳纤维具有高强度、高模量、轻质等优良性能，是制备高性能复合材料的理想增强材料。碳纤维复材因其高强度、轻质、抗腐蚀、高耐久性等优良性能，在航空航天、汽车、体育器材、建筑、医疗等领域得到广泛应用。

PSS SUPREMA中性和阴离子聚合物分析凝胶色谱柱对羟乙基淀粉，聚乙二醇，普鲁兰多糖，聚乙烯醇，聚丙烯酸,羟甲基纤维素的检测

优质原丝是生产高性能碳纤维及其复合材料的前提和基础。制备高性能的碳纤维原丝，必须注意对聚合反应工艺过程的控制以获得具有合适的流变学性能的纺丝原液。碳纤维共聚物浓溶液的可纺性、纺丝稳定性、纺丝zui佳工艺条件以及纤维质量控制都与原液的流变性能密切相关。粘度可作为反映碳纤维纺丝液流变性能的重要指标，直接体现纺丝液质量的好坏以及纺丝液的运动速度：粘度过高, 纺丝液的流动性差, 脱泡困难, 纺丝时易产生毛丝、断头, 影响溶液的可纺性，纺丝所得的碳纤维原丝强度低,性能不稳定；粘度太低, 则难以成形。

参考 IEC 62321-8:2017《通过气相色谱质谱联用仪（GC-MS），配有热裂解 / 热脱附的气相色谱质谱联用仪（Py/TD-GCMS）检测聚合物中的邻苯二甲酸酯》对聚合物中增塑剂进行分析检测，常规索式萃取需要使用大量样品以大量溶剂耗时 6小时才能够完成整个前处理流程。本文采用热裂解作为进样技术，极大简化前处理过程，极大降低样品处理难度及提升分析效率，且具有良好的重复性及极低的化合物残留，能很好的完成聚合物中增塑剂的快速筛查。

参考IEC 62321-8:2017《通过气相色谱质谱联用仪（GC-MS），配有热裂解/ 热脱附的气相色谱质谱联用仪（Py/TD-GCMS）检测聚合物中的邻苯二甲酸酯》对聚合物中增塑剂进行分析检测，常规索式萃取需要使用大量样品以大量溶剂耗时6小时才能够完成整个前处理流程。本文采用热裂解作为进样技术，极大简化前处理过程，极大降低样品处理难度及提升分析效率，且具有良好的重复性及极低的化合物残留，能很好的完成聚合物中增塑剂的快速筛查。

聚合物的回收利用是一个蓬勃发展的行业，许多曾经被作为废弃物填埋的瓶子和容器现在被回收利用为新的产品。由于聚合物存在互不相容的趋势，鉴别聚合物是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚乙烯聚合物回收利用套装（PE）而不是聚碳酸酯（PC）或聚苯乙烯（PS），这样的问题很重要。聚合物的化学鉴别可通过使用Spectrum Two傅里叶变换红外光谱仪与通用全反射（UATR）附件很容易实现。

显微共焦拉曼光谱仪优异的空间分辨率不仅可用于聚合物的单点检测，还可用于平面及纵向的成像扫描，获得空间分布及纵向各层分布及厚度。此外，还可远程在线监控聚合物的反应过程，对其进行实时测定。

热固性聚合物由于其特殊的化学性质和物理性质，在现代工业中得到了广泛的应用。其应用范围广泛，从大型飞机部件到小型电子产品，环氧树脂是聚合物工业的主要产品之一。这篇博客将重点关注如何运用扫描电子显微镜（SEM）将这些材料改进和环保制造。

半结晶态聚合物（例如聚乙烯）是商业生产的塑料中主要的组分。 工业上通过在相变过程中加热和冷却的方式将这些聚合物塑造成最终产品。当物质变成不同状态时，就会发生相变，例如，从固态到液态的过程。聚合物可分为非晶和结晶两类。结晶聚合物是高度有序的，具有一定的强度和刚度，无定形聚合物中的分子是无规则排列的，因此具有柔韧性和弹性。本文研究了聚合物可以经历的两个转变，即熔融转变和玻璃化转变。熔融转变是指从固体转变为液体，并且仅在结晶聚合物中可见。玻璃化转变发生在无定形聚合物中，并且是渐进的和可逆的。无定形样品会从硬的“玻璃态”变为橡胶态或粘性态。一般的聚合物通常是两者的混合物，被称为半结晶物，它们可同时具有玻璃化转变和熔融转变。拉曼光谱法可用于确定玻璃化转变温度，熔融转变温度和结晶度的估算[1]。通过峰强度变化能识别样品分子结构的变化，因此可确定诸如玻璃化转变的转变温度。在文中，我们使用RMS1000显微拉曼光谱仪和控温冷热台研究了聚乙烯和尼龙-6相变情况。

全球聚合物生产商正面临缩短生产周期、提高产量的巨大压力，而快速可靠的质量控制和故障排除机制有助于最大限度地提高收益。即便是生产中的一个小问题，都可能给下游流程造成严重影响，增加沉重的财务负担。此外，现代工业化惊人的的发展速度、产品的多样性和复杂性，以及提供完整监管目标的审计跟踪需求，进一步提高了本已严苛的质量控制要求。毫不夸张地说，那些因不合格而被丢弃 的产品会造成数百万美元的损失。因此，那些能在最短时间内准确监测产品质量、识别并鉴定污染物的材料鉴定解决方案可以有效地减少生产停机时间和相关成本，确立宝贵的竞争优势。 在本应用简报中，我们使用取自生产线的聚合物薄膜样品来展示 Agilent Cary 620 FTIR 显微镜实时监测聚合物质量的有效性。

聚合物和塑料的化学成分与其化学、物理和机械性能有关。聚合物和塑料的开发和生产需要对原材料、添加剂、稳定剂、中间产品和成品进行质量控制。对聚合物和塑料在成型过程中的行为分析对其使用寿命进行评估来定义它们的质量好坏。为了对聚合物和塑料的材料特性和质量控制测试，需要测定氮、碳、氢、硫和氧的含量。氮的测定至关重要，硫的测定也越来越重要。含氮化合物，用于聚合物和塑料的生产过程中触发聚合反应。它们还可以作为添加剂，作为添加剂，含氮化合物为最终产品提供特定性能，它们起到稳定乳液聚合物、链转移剂和其他聚合改性剂的作用，用以控制分子量，增塑剂以增加弯曲程度，稳定剂防止聚合物降解，交联剂用于改性聚合物原型。 随着近年来对材料特性测试的需求不断增长，元素含量都是微量的，经典分析方法已不再适用于，例如耗时的样品制备和危险试剂的使用。因此，自动化技术以及在痕量水平上可以提供准确的数据等成为现代化实验室处理常规分析的要求。

工业废水中含有多种无机物和有机物（如重金属、悬浮颗粒物和芳香族分子）污染环境。絮凝法处理废水已有几十年的历史。由于大多数自然产生的胶体主要带负电，添加阳离子聚合物是从废水中分离d悬浮颗粒的有效替代方法。其中，合成的有机高分子，如阳离子聚丙烯酰胺（PAM）和聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDADMAC），已广泛应用于选矿和造纸废水处理中。这些聚合物可形成大而坚固的絮凝体，沉降性能良好，可有效去除。尽管其应用范围很广，但不可生物降解，价格昂贵，有时会对健康造成危害。近年来，具有可生物降解性和可再生性，环境友好型聚合物受到了广泛关注。如淀粉、壳聚糖、纤维素等天然高分子絮凝剂已广泛应用于废水处理中。此外，业内还制备了壳聚糖、纤维素、淀粉等阳离子多糖，并对不同的废水进行了絮凝处理。本文以DMC和木质素为原料，通过自由基聚合制备了硫酸盐木质素基聚合物，研究了不同分子量和电荷密度的聚合物（KLD）在高岭土悬浮液中的絮凝行为。本文介绍了木质素基聚合物的性能与其絮凝性能和沉降性能之间的关系。研究了木质素DMC聚合物的电荷密度和分子量对其絮凝性能的影响。但絮凝机理及其对絮凝体沉降的影响有待于进一步研究。

负责多组分聚合物是不同类型的聚合物的组合，可以作为单一或多相系统存在。聚合物的成分可根据标准进行划分：成本、加工性能、机械性能、热性能等。合成聚合物的一个最主要原因在于有效控制成本。

GB/T1447—2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法：测试原理：沿试样轴 向匀速施加静态拉伸载荷 ，直到试样断裂或达到预定的伸长，在整个过程中，测量施加在 试样上的载荷和试样的伸长，以测定拉伸应力（拉伸屈服应力、拉伸断裂应力或拉伸强度）、拉伸弹性模 量 、泊松 比、断裂伸长率和绘制应力一应变曲线等。

塑化剂是大宗工业品，广泛应用于国民经济各领域，包括塑料、橡胶、粘合剂、纤维素、树脂、医疗器械、电缆等成千上万种产品中。香港浸会大学生物系用白鼠研究发现，曾经服食增塑剂的老鼠，诞下的后代以雌性为主，并会影响其正常的排卵，即使诞下雄性，其生殖器较正常的小三分之二，而精子数量亦大减，反映增塑剂毒性属抗雄激素活性，造成内分泌失调，影响其正常生育能力。研究可应用到人类身上。国际电工委员会（IEC）在其 IEC 62321-8:2017 电子产品中某些物质的测定－第 8 部分︰通过气相色谱质谱联用仪(GC-MS)，配有热裂解 / 热脱附的气相色谱质谱联用仪 (Py/TD-GC-MS) 检测聚合物中的邻苯二甲酸酯中引入了热裂解的进样方式，相较传统的索式萃取方式，极大的缩短了样品的前处理时间和处理难度，大幅提升样品的分析效率。赛默飞世尔科技 Pyrolyzer-GCMS 分析系统由 ISQ TM GC-MS系统和 Frontier EGA/PY-3030D 系统组成，独特的 PY 进样口接口，实现了 ISQ TM GC-MS 和热裂解的完美结合。

微波水分仪是一种超快速、高灵敏度的水分测定方法，得到的是聚合物的内部水分而非表面水分，可以测试聚合物中的ppm级别的含水量。微波水分仪可以在1s之内完成微量水分测定，可以更好地服务于苛刻条件、极低水分含量的聚合物样品的测试。而且，在线微波水分仪可以安装于生产线，用于对聚合物水分进行实时监控。

采用LaVison公司的StrainMaster形变应变测量系统，对工业侧流多纤维增强钙铝矾基复合材料的力学性能进行了测量和研究。

德国慕尼黑技术大学的Lackinger教授开发了一种有机单体分子自组装的光聚合合成路线，并利用纳米傅里叶红外光谱仪Nano-FTIR（德国Neaspec公司）对fantrip单体分子和其聚合物进行了吸收光谱的研究，验证了聚合反应的机理。该合成方法与传统的热聚合方法相比，大大减少了二维聚合物的缺陷密度，提升了材料均一性。相关研究成果发表于Nature Chemistry, 2021, 13: 730-736。