湿法纺丝制备PAN/相变微胶囊复合相变纤维及其性能研究

以聚脲包覆正十八烷形成相变微胶囊(MPCM)乳液作为相变改性剂,与聚丙烯腈(PAN)共混制备纺丝原液,通过湿法纺丝制备不同MPCM含量的PAN/MPCM复合相变纤维,分析了MPCM乳液的化学结构、粒径分布、热性能及热稳定性,研究了相变纤维的表面形貌、热性能、结晶性能、力学性能及热循环性能。结果表明:MPCM乳液固体粒子粒径分布均一,平均粒径为634.3 nm,在31.4℃和20.3℃发生相变现象,相变焓值可达166.0 J/g,具有良好的相变性能,且热稳定性较好;相变纤维粗细均匀,直径为175μm左右,随着MPCM含量的增加,纤维表面变得不光滑且有明显凸起的微胶囊小球;随着MPCM含量的增加,相变纤维的热性能明显提高,结晶性能及力学性能也有所提高;当MPCM质量分数为8.7%时,相变纤维的熔化温度为29.3℃,凝固温度为22.1℃,熔化焓为44.1 J/g,凝固焓为44.1 J/g,具有良好的热性能,且经50次热循环后的相变温度及相变焓值与经1次热循环后的基本保持一致,具有良好的热循环稳定性;当MPCM质量分数为8.7%时,相变纤维的断裂强度为0.52 cN/dtex,断裂伸长率为35.01%,模量为1.19 GPa。

闪蒸纺UHMWPE/HDPE共混纤维的制备及性能研究

为提高闪蒸纺纤维束的力学强度,将力学性能更为优异的超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)与高密度聚乙烯(HDPE)共混,通过闪蒸纺丝方法制备UHMWPE/HDPE共混纤维束,采用扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、X射线衍射仪和万能试验机等探究UHMWPE的引入对共混纤维束形貌、熔融结晶行为、聚集态结构和力学性能的影响。结果表明:闪蒸纺丝制备HDPE/UHMWPE共混纤维束时,随着纺丝液中UHMWPE质量分数由1%增至5%,溶液黏度增大,共混纤维束单丝直径逐渐增大,当UHMWPE质量分数为7%时,纺丝液会因黏度过大而无法纺丝;随着UHMWPE含量的增加,HDPE/UHMWPE共混纤维束的结晶度和取向度降低,力学性能增大,当纺丝液中UHMWPE质量分数为5%时,共混纤维束结晶度和取向因子分别为74.2%和0.46,拉伸强度为118.9 MPa,较纯HDPE纤维束提高了84.9%。

聚醚砜/纳米碳复合耐高温隔热气凝胶的制备及性能研究

以聚醚砜(PES)为基体、氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNT)为填料,利用溶剂冷冻模板法,制备了PES/GO和PES/CNT气凝胶材料。通过扫描电子显微镜、导热系数仪、红外热成像仪、力学试验机等对气凝胶材料进行表征。结果表明,通过定向冷冻和升华溶剂获得微观取向的孔道结构保证了气凝胶优异的隔热性能和力学性能。随着纳米碳材料和PES基体含量的变化,气凝胶的导热系数在0.0307~0.0698W/(m·K)之间,压缩强度在0.2~1.0MPa(30%应变),而纳米碳材料的加入使得导热系数和压缩强度存在平衡关系。

壳聚糖衍生物的合成及其与聚丙烯腈复合膜的研究(英文)

通过对壳聚糖进行化学改性制备了壳聚糖衍生物,并将壳聚糖衍生物作为抗菌整理剂对聚丙烯腈进行了改性,以期获得具有抗菌效果的纤维织物.利用壳聚糖与缩水甘油三甲基氯化铵化学合成了季铵盐壳聚糖(HTCC),由壳聚糖与一氯乙酸反应制备了羧甲基壳聚糖(CMC),二者均具有良好的水溶性.利用离子滴定法及原子吸收光谱法分别考察了HTCC与CMC的取代度(DS).结果表明,在一定原料比例条件下HTCC的取代度、产率随反应时间延长而增加,由分子量高的原料壳聚糖制备的HTCC的产率大于原料壳聚糖分子量低的,而以水作溶剂制备的HTCC产率小,溶解性差.CMC的取代度与反应时间、原料比例、溶胀碱化时间、加碱步骤等条件有关,而且采用低碱法进一步改进了CMC的制备方法,使制备反应更加环保、高效,有潜在的应用前景.利用FTIR、NMR、TGA对HTCC及CMC的结构进行了表征,结果证实了季铵基团、羧甲基团分别被成功引入到壳聚糖结构中.制备的壳聚糖衍生物在水和NaSCN溶剂中具有很好的溶解性.将制得的壳聚糖衍生物HTCC和CMC与聚丙烯腈溶解于NaSCN溶剂中,制备了PAN-HTCC、PAN-CMC的复合膜,并通过FTIR、DSC、TGA、XRD、WAXD对其拉伸性能、相溶性及膜的结构进行了表征,结果表明PAN与HTCC、CMC可以在NaSCN溶剂中混溶,其相溶性、拉伸性较好.

碳纳米管-聚乙烯复合材料的介电性能

采用熔融共混及模压的方法制备了碳纳米管（CNT）-高密度聚乙烯（HDPE）复合材料，并用介电谱仪研究了逾渗值附近的导电填料对复合材料体系在不同温度、频率条件下的介电常数、介电损耗、交流电阻率的变化规律。结果表明：复合材料的介电常数、介电损耗均随CNT质量分数增加而逐渐增大；在频率为10^3-10^6 Hz，温度为40-130℃时，HDPE基体的介电常数随频率和温度的变化较小，而添加CNT填料的复合材料的介电常数随频率和温度的增加而略微降低。当w（CNT）〈0.5%时，复合材料的交流电阻率表现出对频率的强烈依赖性；而当w（CNT）〉0.5%时，在低频处表现出直流特性，在高频处显示出交流电阻率的降低。

基于交流阻抗的聚乙烯/碳纳米管导电复合材料的室温逾渗性能

聚合物基导电复合材料的室温逾渗机理是其使用和制备的重要基础。为了阐述聚乙烯/碳纳米管导电复合材料的室温逾渗性能,文中基于交流阻抗的分析思路和方法,采用电阻电容的等效电路模拟复合材料中的电学性能。以熔融法制备的高密度聚乙烯(HDPE)/碳纳米管(CNTs)复合材料为研究对象,测试其室温下的电学性能与CNTs含量间的关系,其中交流(AC)阻抗测试频率范围为100Hz到106.5Hz。当碳纳米管质量分数为0.5%时复合材料的电导率升至10^(-6)S/cm,表明复合材料中逾渗网络已初步形成。随频率变化的AC阻抗可清晰地展示HDPE/CNTs中导电网络的形成过程,并表明在导电复合材料的电学逾渗中,复合材料的导电机理逐渐由电容主导向电阻主导变化。

氢氧化镁环保阻燃剂活性产品的研制与应用

氢氧化镁为无卤、耐高的无机温阻燃剂,应用时对于高分子复合材料防火防灾救灾,尤为重要。我们将氢氧化镁(AMH),加工成微米级粉体并进行活化改性处理,研制并生产出活性镁系环保型无卤阻燃剂(GT-AMH)。应用(GT-AMH)无卤阻燃剂研制符合环保指标的低烟无卤阻燃电缆料和阻燃塑料,生产性能优良的AMH低烟无卤阻燃剂及其环保阻燃塑料。我国镁资源丰富,深加工和表面改性,研制应用于高分子塑胶材料中,低烟无卤阻燃材料的应用前景极其广阔。发展应用无卤、低烟、低毒及高效、复合型的环保型无机阻燃剂,适应建材、汽车、线缆、电器、复合材料等行业阻燃功能需求;保护环境,造福人类,意义重大。

静电纺PPEK/SiO2锂离子电池隔膜的制备及性能

为制备吸液率高、热尺寸稳定性良好的隔膜,以聚芳醚酮(PPEK)和SiO2为原料,采用静电纺丝技术制备了PPEK/SiO2复合纤维膜。通过SEM、电化学工作站、蓝电电池测试系统等对电纺纤维膜及组装的电池进行了结构表征和性能测试,讨论了SiO2质量分数对电纺纤维膜结构和性能的变化规律,并考察了其作为锂离子电池隔膜用时的电化学和电池性能。结果表明:随着SiO2质量分数的增加,电纺纤维膜的孔隙率、吸液率和离子电导率逐渐增加。电纺纤维膜在200℃下热处理1 h的热收缩率为0,具有良好的热尺寸稳定性。当SiO2质量分数为6%(以PPEK质量为基准)时,孔隙率和吸液率分别达到179%、1031%,离子电导率为2.63×10–3 S/cm;将该电纺纤维膜组装成石墨/Li电池,1 C下放电比容量为332~350 mA·h/g,具有良好的循环和倍率性能。

MFC增强碳纳米纸的制备及其电磁屏蔽效能

为提高碳纳米纸(BP)力学性能,将微纤化纤维素(MFC)与多壁碳纳米管(MWCNT)混合,采用真空抽滤的方法制备MFC/BP。详细研究了MFC/BP的微观形貌、力学性能、电学性能、电磁屏蔽效能。研究表明,MFC均匀分散在碳纳米管中,形成了纤维骨架,碳纳米管相互穿插缠绕分布在纤维骨架周围形成网状结构。随着MFC含量的增加,MFC/BP的力学性能明显提高。当MFC与MWCNT质量比为1/1时,碳纳米纸的拉伸强度为11.76 MPa,比纯碳纳米纸提升了979%;在8.2~12.4 GHz频段内,碳纳米纸(厚度约55μm)的电磁屏蔽效能为24~30 dB。

Ziegler-Natta催化体系下超高分子量聚辛烯的合成及其减阻应用

在Ziegler-Natta催化体系TiCl_(4)/Al(i-Bu)3下合成超高分子量聚辛烯,探索了催化剂、溶剂、聚合温度、聚合时间对分子量的影响。结果表明,优选合成高分子量聚辛烯的条件为:主催化剂相对单体浓度1.0 mg/mL,助催化剂为三异丁基铝TIBA,Al-Ti比为80,溶剂为环己烷,单体与溶剂体积比为1∶1.5,聚合温度为0℃,聚合时间为48 h,产物特性粘度能达到13.7 dL/g,在柴油中添加量为10 mg/L时,减阻率16.7%,接近国外进口产品。

ZrO_(2)/TiO_(2)/FEVE复合隔热涂料的制备及其性能

以纳米TiO_(2)为反射隔热层,ZrO_(2)为辐射隔热功能层,FEVE氟碳树脂(由氟烯烃和烷基乙烯基醚或烷基乙烯基酯共聚而成的热固型涂料树脂)为基体制备双层复合隔热涂层,并对其隔热防腐性能进行研究。通过改变涂层配方,探究了不同颜填料配比对涂层隔热温差、反射率、半球辐射率等性能的影响。结果表明,以25%(wt,质量分数,下同)TiO_(2)为反射顶层,25%ZrO_(2)为辐射底层可达到较好的降温效果,温差为25.3℃,此时复合涂层的半球发射率为0.93。由此可知,不同隔热类型的功能颜填料之间具有协同作用,将其复配使用可赋予涂层更显著的隔热效果。

长侧链聚α-烯烃减阻剂的合成及性能

以Ziegler-Natta催化剂TiCl4/Al(i-Bu)3为催化体系,己烯、辛烯、癸烯和十二烯4种长链α-烯烃为聚合单体,制备得到超高相对分子质量聚烯烃减阻剂,考察了聚合反应条件对聚合物相对分子质量的影响,以及单体侧链长度对聚合物结晶性和减阻性能的影响。得到的最佳聚合反应条件为:主催化剂Ti Cl4浓度为5.2×10^–4 mol/L,聚合单体与环己烷体积比为1∶1,反应时间至少为1440 min,此时,聚合产物重均相对分子质量达到3.50×10^6;通过13CNMR对聚合物进行分子结构表征,证明聚合完全且为目标产物;DSC曲线和XRD谱图表明,随着聚烯烃侧链长度的增加,聚合物结晶性增强,影响聚合物减阻剂溶解性。采用旋转圆盘测试方法表征了聚合物减阻率,结果表明,在相同相对分子质量条件下,随着聚合物的侧链长度增加,减阻率明显提高。

纳米反射/辐射隔热涂料的制备及其性能

对以纳米二氧化钛为反射隔热层,纳米二氧化硅/碳纳米管为辐射的隔热层,氟碳树脂为基体的双层复合隔热涂层性能进行研究。通过改变涂层配方,探究了填料配比对隔热、反射率、半球辐射率等性能的影响。结果表明,以25%二氧化钛为反射顶层,6%纳米二氧化硅和0.6%碳纳米管为辐射底层可达到较好的降温效果,温差为22.1℃,此时太阳反射率为83.09%,近红外反射率为78.01%,半球发射率为0.93。不同类型隔热填料之间具有协同作用,将其复配使用,可赋予涂层更加优异的隔热效果。

溶剂对聚丙烯腈/纤维素纳米晶复合纤维性能的影响

采用硫氰酸钠水溶液(NaSCN/H_(2)O)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)3种溶剂制得聚丙烯腈(PAN)/纤维素纳米晶(CNC)复合纤维,通过紫外分光光度计评价了CNC/溶剂的分散性和分散稳定性,并研究了纤维的聚集态结构及力学性能、吸湿性能。结果表明:CNC在DMF溶剂中分散性最佳,放置24 h稳定性良好;以DMF为溶剂制备的PAN/CNC纤维的CNC结构取向度最高,PAN(100)晶面的晶粒尺寸最小,具有最好的力学性能,断裂强度达到551.3 MPa,较纯PAN纤维提升34%;CNC质量分数为10%的PAN/CNC纤维在25℃、相对湿度80%时的吸湿率比纯PAN纤维提高2.55%。

PEDOT:PSS导电自支撑薄膜的合成与表征

以3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)为原料,聚对苯乙烯磺酸钠(PSS-Na)为分散剂和掺杂剂,通过化学氧化合成法在水体系中聚合制备了聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)悬浮液,通过真空抽滤法制备了PEDOT:PSS自支撑柔性导电薄膜。通过FTIR、UV-Vis对聚合产物结构进行了表征与确证,通过四探针电导率测试、SEM、拉伸断裂强度测试对PEDOT:PSS薄膜的导电性、微观形貌与力学性能进行了表征。结果表明,成功制备了PEDOT:PSS目标产物,在氧化剂过硫酸铵与单体EDOT物质的量比为0.875时达到最佳电导率(19.19 S/cm)。自支撑薄膜厚度约18μm,在25℃,40%~60%相对湿度范围内拉伸强度达到45~60MPa,具有良好的导电性与机械性能。

辛烯-癸烯共聚物减阻浆液的制备

在前期聚α-烯烃减阻剂合成工作的基础上,以经过合成条件优化的辛烯-癸烯共聚物为基础,配制聚α-烯烃减阻剂浆液,探究了主悬浮介质、密度调节剂、乳化剂、固含量、减阻聚合物颗粒粒径对浆液稳定性的影响。结果表明,优选配制稳定的减阻剂浆液的条件为:主悬浮介质为正己醇,密度调节剂为乙二醇丁醚,乳化剂为聚氧乙烯油醇醚,浆液固含量为35%,减阻聚合物颗粒粒径大于40目。存放稳定性和耐温性测试结果表明,浆液可以在-30~70℃的环境下长期稳定存放。流变性测试结果表明,浆液呈明显的剪切稀化,且固含量越高的浆液剪切稀化越明显。研究可为高性能减阻剂的工业化生产提供重要的参考。

基于工程实践能力培养的高分子综合实验设计

基于对工程专业学生解决复杂工程问题能力的培养,设计了一组纤维类综合性实验。要求学生在查阅文献资料并明确实验原理的前提下,设计并优化实验方案,通过原料分析、熔融纺丝工艺的探索、纤维微观结构的解析、纤维形貌和力学性质的研究,建立合成纤维从化学结构到材料加工、产品性能高度关联的知识体系,掌握合成纤维的制备技术,提高应用实践能力。通过该综合实验项目的实施,增强了学生对工业过程的感知,使高分子物理与化学基础知识得到有效的实践和补充,提高了学生自主学习和解决复杂工程问题的能力,培养了其创新能力和工程实践能力。

水性反射辐射复合隔热涂料的制备及性能研究

以钛白粉为反射层填料,碳纳米管(CNT)和纳米SiO2为辐射层填料,制备了双层复合隔热涂料。通过半球发射率、紫外-可见光-近红外反射图谱以及隔热温差表征复合隔热涂料的性能。研究表明,当CNT质量分数为0.5%,纳米SiO2质量分数为6%,辐射层厚度为100μm时,可以在保证涂料基本性能的基础上,达到最好的辐射隔热效果,辐射层半球发射率可达93%。复合隔热涂层的太阳光反射比为87.11%,隔热温差为26.7℃。

碳纳米管/环氧富锌涂层的制备与性能研究

通过超声分散制备了稳定的多壁碳纳米管分散液,并通过与环氧富锌底漆复配,获得了性能优异的碳纳米管/环氧富锌涂料。通过硬度、附着力、耐冲击、电化学以及耐中性盐雾等测试方法探讨了碳纳米管含量对环氧富锌涂层性能的影响。结果表明:碳纳米管的添加,有效地提高了涂层的铅笔硬度和附着力。涂层的防腐性能随着碳纳米管含量的增加,先增加后减小,当碳纳米管质量分数为0.3%时,涂层的性能达到最佳,此时铅笔硬度为4H、附着力为7.6MPa,其耐盐雾性能在1600h以上。

基于干法纺丝的含二氮杂萘酮结构聚芳醚酮纤维制备及其性能

为拓展含二氮杂萘酮结构的聚芳醚酮(PPEK)高性能树脂在纤维材料领域的应用,采用对氯苯酚与1,1′,2,2′-四氯乙烷(二者体积比为1∶1)混合溶剂溶解PPEK制备纺丝液,通过干法纺丝得到PPEK纤维。借助旋转流变仪、差示扫描量热仪、偏光显微镜、拉伸试验机、X射线衍射仪以及声速取向仪等对PPEK纺丝液以及PPEK纤维的结构与性能进行表征。结果表明:PPEK质量分数为40%时,最优纺丝温度为140℃;初生PPEK纤维经1.43倍热拉伸后,其断裂强度为167.6 MPa,弹性模量为4.6 GPa,声速取向因子为0.5705;经热拉伸后,PPEK纤维保持无定形态,且玻璃化转变温度均高于250℃,具有良好的耐热性能。