聚丙烯酸钠对聚丁二酸丁二醇酯水解性能的影响

采用熔融共混法制备了聚丁二酸丁二醇酯/聚丙烯酸钠(PBS/PAAS)共混物,探究PAAS对PBS水解性能的影响。通过吸水率和失重率分析了共混物的水解性能,利用拉力试验机、差示扫描量热、扫描电镜和X射线衍射仪等对共混物的力学性能及水解前后结晶性能、微观形貌和结晶结构进行表征。结果表明,随PAAS用量的增大,共混物基体孔洞增多,水解性能有较大提升。当PAAS用量为100份时,共混物的吸水率最高为110.1%,水解失重率为44.6%;加入PAAS后,共混物的拉伸强度、屈服强度和断裂伸长率降低,弹性模量升高。PAAS可以提高共混物的结晶温度,但对熔融温度影响不大,随水解时间的延长,共混物的熔融温度没有发生变化,但PBS组分的熔融焓变化明显。同时,水解过程中共混物中PBS的晶型没有变化。

储能材料融入“高分子材料学”课程的研究与应用

我校获批储能科学与工程专业和国家储能技术产教融合创新平台项目,其中“能源装备非金属材料实验室”是重要依托平台之一,而“高分子材料学”课程是支撑此平台学生培养体系的重要课程。但课程设置上缺少高分子储能材料的相关内容,无法适应学院和相关专业对学生培养和学科发展的要求。针对上述问题,开展了优化课程内容和丰富授课渠道的研究,力求促进储能学科与材料学科的交叉融合。

TiO_(2)纳米粒子增强超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯复合材料的性能

利用硅烷偶联剂KH570对TiO_(2)纳米粒子进行表面改性,然后制备塑化超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)/TiO_(2)复合材料,最后通过密炼-模压法制备不同含量和粒子尺寸的TiO_(2)纳米粒子增强PE-UHMW/高密度聚乙烯(PE-HD)复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示热扫描量热仪、万能试验机、流变仪表征测试复合材料的微观结构、结晶、力学及流变性能。结果表明,低含量的Ti O2纳米粒子(质量分数0.1%)能在聚合物基体中分散良好,使复合材料的力学性能、结晶度及流动性均有显著提升;随粒子尺寸增加,材料强度和刚度降低,断裂伸长率和熔体剪切黏度先增加后降低。然而,高含量粒子分散困难、易形成大的聚集体,导致复合材料性能下降。当TiO_(2)纳米粒子尺寸为5~10 nm、质量分数为0.1%时,复合材料展现出优异的力学性能和加工性能,拉伸强度和拉伸屈服强度分别高达58.21 MPa和44.53 MPa,且熔体剪切黏度下降19.7%。

反应型大分子抗氧剂的合成及其在EPDM中的抗氧化性能

通过自由基引发的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)与2-巯基苯并咪唑(MB)反应合成了一种反应型大分子抗氧剂TMPTMA/MB。通过傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱和元素分析证实了TMPTMA/MB的化学结构,并研究了TMPTMA/MB对EPDM硫化特性、拉伸性能及抗氧化性能的影响,结果表明,TMPTMA/MB消耗了过氧化物分解产生的烷氧自由基并接枝到EPDM分子链上,从而减缓了橡胶的硫化速度并降低了交联程度,但接枝的TMPTMA/MB增加了外力作用下分子链运动的内摩擦,提高了EPDM的拉伸性能,另外,接枝到EPDM分子链的TMPTMA/MB具有较高的抗迁移性,由此大幅提高了EPDM的抗氧化性能。

高分子量含硫二级抗氧剂的合成及在三元乙丙橡胶中的抗氧化行为

通过热引发的2-巯基苯并咪唑(MB)与八乙烯基笼形倍半硅氧烷(OVPOSS)的硫醇-烯点击反应,合成了一种新型高分子量含硫二级抗氧剂OVPOSS@MB。通过傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱证实了OVPOSS@MB的化学结构,并研究了OVPOSS@MB对三元乙丙橡胶(EPDM)的硫化特性、拉伸性能及抗氧化性能的影响。结果表明,OVPOSS@MB减缓了橡胶的硫化速度,降低了橡胶的交联程度,使得OVPOSS@MB/EPDM复合材料表现出较低的橡胶模量和较高的断裂伸长率。另外,与低分子量抗氧剂MB相比,高分子量抗氧剂OVPOSS@MB具有更高的抗迁移性能,加上OVPOSS晶格具有清除自由基的功能,使得OVPOSS@MB比MB具有更加优异的抗氧化性能。

四丙氟橡胶在硫化氢与二氧化碳混合气相环境中的耐老化性能

研究了3种四丙氟橡胶(100 S、VTR-8802和TP-2)在不同温度、二氧化碳含量和硫化氢含量条件下的耐高温高压硫化氢老化的性能。结果表明,100 S在硫化氢环境中具有较好的耐高温性能,100 S和VTR 8802在二氧化碳含量较高的硫化氢环境中具有较好的耐老化性能,VTR 8802的耐高含量硫化氢的性能较好,而TP-2在本研究测试条件下的耐硫化氢老化性能较差。

聚(3-羟基丁酸酯-CO-4-羟基丁酸酯)的外增塑改性

采用溶剂成膜法制备了柠檬酸三乙酯(TEC)、大豆油和甘油三乙酸酯增塑的聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)共混物,考察了增塑剂的种类及其用量对共混物热学和力学性能的影响。用差示扫描量热仪(DSC)和电子拉力试验机分别测定共混物的热性能和力学性能。结果表明,三种增塑剂中质量分数为5%的TEC对共聚物的增塑改性效果较好,与纯聚酯相比共混物的结晶温度(Tmc)下降了2.0℃,结晶焓(ΔHmc)基本保持不变。当TEC的质量分数为20%时,聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)的Tg下降21℃。TEC共混物能保持15.8MPa的拉伸强度和588%的断裂伸长率。

柠檬酸三乙酯改性聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)的性能研究

用熔融模压法制备了柠檬酸三乙酯(TEC)增塑的4HB含量不同的聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[P(3HB-co-4HB)]共混物,用差示扫描量热仪(DSC)、广角X射线衍射仪(WAXD)和拉伸试验对共混物的热性能、结晶结构和力学性能进行了表征,考察了增塑剂TEC的用量和4HB含量对共聚酯性能的影响。结果表明:随着TEC用量的增大,P(3HB-co-17%4HB)共聚酯体系的结晶度减小,其熔融温度、玻璃化温度和结晶温度降低,屈服强度、断裂强度及模量也降低,屈服伸长率增大;随4HB含量的增大,相同用量的TEC共混体系的熔点、玻璃化温度和结晶温度降低,屈服强度、断裂强度和模量减小。

氢化丁腈橡胶在高温盐酸中的老化过程

研究了氢化丁腈橡胶(HNBR)在不同温度下和10%的盐酸中,老化前后的化学组成、微观结构和力学性能变化。通过固态碳核磁、X射线光电子能谱、扫描电镜、红外光谱和拉伸测试表征分析了经盐酸浸泡和未经浸泡的HNBR试样。由这些结果可知,在110℃和130℃的条件下,HNBR发生的老化反应主要是腈基水解为酰胺基,并有少量羧酸基产生。当温度升高到150℃时,会有一部分碳酰胺基转变为羧酸基,并且伴有少量氨气生成。在170℃时,随着温度的进一步升高,氨气的产生速度加快;生成大量的羧酸基团和氨气,导致HNBR基体内部形成大量孔洞;与此同时,碳酰胺基团之间会发生缩合反应,产生交联,导致HNBR的硬度提高。这些反应很好地解释了氢化丁腈橡胶材料老化前后的力学性能变化。

琥珀酸二辛酯磺酸钠的合成及表征

常压下合成了琥珀酸二异辛酯磺酸钠、琥珀酸二仲辛酯磺酸钠、琥珀酸二正辛酯磺酸钠 3种化合物。研究了催化剂种类 (浓H2 SO4、浓H3PO4、十二烷基苯磺酸 )及辛醇分子结构对酯化反应的影响及催化剂 (AOT)用量、乙醇用量、酯的结构对酯磺化反应的影响。结果表明 ,浓H2 SO4作催化剂时 ,反应速率快 ,最终转化率 1 0 0 %;相同条件下 ,正辛酯、异辛酯反应速率快于仲辛酯 ;催化剂ATO用量增加 ,磺化反应速率逐渐加快 ;乙醇用量增加 ,磺化反应速率逐渐加快 ,当加入量大于 2 0 %(质量分数 )时反应速率提高不明显。

硫化剂DCP用量对四丙氟橡胶耐腐蚀性的影响

研究硫化剂DCP用量对四丙氟橡胶耐热空气老化性能、耐盐酸和硫化氢腐蚀性能的影响。结果表明:四丙氟橡胶硫化胶经热空气老化后的物理性能有所提高,经盐酸和硫化氢腐蚀后物理性能下降;盐酸、硫化氢、热空气3种介质对四丙氟橡胶硫化胶的腐蚀能力依次下降。当硫化剂DCP用量为3份时,四丙氟橡胶硫化胶在3种介质中的耐腐蚀老化性能最佳。

恒形变条件下硫磺用量对丁腈橡胶裂纹发展的影响

研究了恒形变条件下硫磺用量对丁腈橡胶(NBR)预置裂纹扩展发展的影响。利用疲劳试验机进行了疲劳试验,采用体视显微镜对裂纹的长度进行了测量,利用扫描电镜和轮廓仪观察了其断面形貌,利用溶胀法获得了其交联密度和交联键的类型。结果表明,随硫磺用量由0.5 phr增加到2.0 phr,NBR的拉伸强度增大,断裂伸长率减小,硫磺用量为1.5phr时撕裂强度出现最大值,且裂纹的扩展速度最慢;随硫磺用量增大,NBR的交联密度增大,交联键中的硫原子个数增多,1.5 phr时交联键主要为单、双硫键,且疲劳断面比较粗糙,这解释了硫磺用量为1.5 phr时NBR具有较好的耐疲劳性能的现象。硫磺用量为2 phr和2.5 phr时,NBR的交联键以多硫键为主,其键能较低,此时NBR的耐疲劳性能较差。

增塑剂和异辛烷在丁腈橡胶中迁移过程的研究

将腈基含量不同的丁腈橡胶与不同比例邻苯二甲酸二辛酯(DOP)混合,制备了丁腈橡胶混炼胶,并将不同的丁腈混炼胶浸泡在异辛烷中,用紫外分光光度计检测浸泡过程中异辛烷中DOP的变化,从而获得了丁腈混炼胶中异辛烷的渗入过程和DOP渗出过程的变化规律。结果表明,混炼胶的质量变化随DOP的用量和丁腈橡胶腈基含量的增大而减小;1份DOP的加入可显著提高异辛烷向丁腈橡胶渗入量,增加DOP的用量对其渗入量影响不大;DOP的用量和丁腈橡胶的腈基含量对DOP从丁腈橡胶中的渗出量影响不大,在该研究实验条件下,大约有90%的DOP从丁腈橡胶迁移到异辛烷中。该研究结果对耐油橡胶材料的开发有重要的指导意义。

水中可溶解丙烯酸酯橡胶研究

以丙烯酸酯橡胶(ACM)为基体,制备了120℃水环境下可溶解ACM材料,并考察了硫化体系、炭黑种类和碱性填料对其力学性能和溶解性能的影响。结果表明,在碱性环境中ACM生胶易水解;炭黑N220对ACM的补强效果最佳,但炭黑种类和用量对其在水中的溶解影响不大;加入碱性填料后,ACM力学性能变差,当加入碳酸钠用量为10份时,ACM吸水溶解橡胶具有较好的溶解性能和力学性能,综合性能最佳。

填料对四丙氟橡胶耐腐蚀性能的影响

试验研究二氧化锡、硫酸钡、石墨和白炭黑对四丙氟橡胶耐腐蚀性能的影响。结果表明:4种填料填充的四丙氟橡胶经热氧老化后硬度和拉伸强度增大,经盐酸和气相硫化氢腐蚀后物理性能明显下降;石墨的加入有助于提高四丙氟橡胶的耐盐酸和气相硫化氢腐蚀的能力,石墨的最佳用量为10份。

添加造孔剂法制备多孔陶瓷及其强度与孔径控制

采用添加造孔剂法制备了多孔陶瓷。系统地研究了造孔剂种类、粘结剂含量、球磨时间、烧结制度对多孔陶瓷强度及开口孔隙率的影响,以及钠长石含量对多孔陶瓷孔径分布的影响。结果表明,不同造孔剂对多孔陶瓷强度的影响不同。并且在球磨时间为12h之前,随着球磨时间的延长,多孔陶瓷的强度呈增加趋势。而随着钠长石含量的增加,多孔陶瓷的孔径呈减小的趋势。

NBR/PVC共混海绵的研究

以硫化与发泡匹配为中心,进行了NBR/PVC共混海绵的研究。结果得出,当NBR/PVC共混比为84/16,发泡剂DDL105用量为8～16份,硫化体系的硫黄、氧化锌、促进剂CZ和TMTD的用量分别为0 8,2 1,0 25和0 06份,补强剂碳酸钙用量为40份,硫化 发泡条件为150℃/(7～9)MPa×9min时,胶料的硫化与发泡速度匹配,海绵的密度和硬度小,泡孔均匀。

聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)/POSS共混体系的性能

采用熔融模压法分别制备了聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[P(3HB-co-4HB)]和两种多面体笼型硅氧烷(POSS)[八异丁基倍半硅氧烷(OIBS)和八氨基苯基倍半硅氧烷(OAPS)]的共混物,考察了不同含量的OIBS,OAPS对共混体系性能的影响。结果表明,两种POSS都起到成核剂的作用。OIBS,OAPS的质量分数小于1%时,可以提高体系结晶温度,力学性能;随着OIBS,OAPS质量分数的提高,成核性有所增加,但因分散性变差,体系热稳定性和力学性能变差。由于OAPS的活泼氨基可与P(3HB-co-4HB)发生化学反应,改性效果较OIBS优。

聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)的土壤降解和酶降解

采用溶剂涂膜法制备了共聚组成不同的(3-羟基丁酸酯)-(4-羟基丁酸酯)共聚物[poly(3HB-co-4HB)]生物可降解膜。通过土壤和猪胰脂肪酶降解实验,考察了降解过程中样品质量、分子量及表面形态的变化。结果表明,土壤降解和酶降解都经过表面腐蚀过程,无定形态首先降解,样品质量逐渐损失,分子量逐渐减少;结晶度对膜的腐蚀形貌有很大的影响,降解速率都随4HB含量的增加而增加;脂肪酶降解速率比土壤降解速率快,但分子量减少的程度不及土壤降解,并且在降解过程中出现了小分子量的低聚物。

碳纳米纤维增强聚甲醛复合材料制备及性能

通过纳米碳纤维(CNFs)在聚甲醛(POM)基体中的均匀分散以及取向,制备了具有优异力学性能和热性能的POM/CNFs复合材料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉伸性能测试、热重分析、动态热机械分析测试表征了POM/CNFs复合材料的结构和力学、热学性能。结果表明,CNFs与POM分子链形成氢键相互作用,促进了CNFs在POM基体内分散,同时使POM/CNFs复合材料的结晶度显著提高。随着CNFs含量增加,POM/CNFs复合材料的拉伸强度、储能模量和损耗模量均得到提高。当添加0.5%的CNFs时,拉伸强度、储能模量及损耗模量分别提高了20.5%,127%和58%。进一步研究了高温拉伸对POM/CNFs复合材料性能的影响。结果表明,CNFs沿拉伸方向定向排列,同时复合材料拉伸后结晶度提高,拉伸强度显著增加。