基于双硫键和氢键协效的高性能自修复聚氨酯脲的研制

为解决自修复弹性体同时具有优异的力学性能和自修复性能的矛盾,首先将原料胱氨酸(CYS)进行甲酯化得到含双硫键的二胺扩链剂胱氨酸二甲酯(CDE),然后以聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)为软段,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和CDE为硬段,固定摩尔比为1∶3∶2,采用两步法制备了自修复聚氨酯脲(SH-PUU)弹性体,并对SH-PUU进行了红外光谱测试、拉曼光谱测试、力学性能测试、自修复性能测试、划痕修复微观形貌观察、应力松弛和动态力学性能测试。实验结果表明:SH-PUU的软段和硬段的玻璃化转变温度分别为−38.5℃和77.6℃,微相分离程度较高,SH-PUU具有良好的力学性能,拉伸强度为13.6MPa,断裂伸长率达531.3%;同时SH-PUU具有高效的自修复能力,试样在经过80℃修复2h后,基于拉伸强度的自修复效率达到97.1%,SH-PUU的力学性能和自修复性能达到较好的平衡。SH-PUU的高自修复能力是由动态双硫键和氢键协效增强引起的,其通过加热方式的自修复机理为:SH-PUU中的动态双硫键在80℃发生可逆交换反应,SH-PUU中的氢键在低于100℃时会重新形成。

高性能自修复聚脲弹性体的制备及性能

以聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)为软段,4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)和含硫扩链剂胱氨酸二甲酯(CDE)为硬段,固定摩尔比为1∶3∶2,采用两步法制备了透明的自修复聚脲弹性体(SPU),并对SPU进行了GPC测试、红外测试、拉曼测试、力学性能和自修复性能测试、划痕修复观察、动态流变测试。测试结果表明,SPU的力学性能和自修复性能之间取得了良好的平衡,试样在120℃修复前后的拉伸强度分别为14.8 MPa和13.9 MPa,基于拉伸强度的自修复效率达到了93.9%。SPU具有较高的微相分离程度,软段和硬段的玻璃化转变温度分别为-14.6℃和122℃。动态二硫键的交换反应和四重氢键的重新生成使SPU具有良好的自修复性能。

含氟聚氨酯的制备与表征

以聚己二酸丁二醇酯(PBA)为软段,二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和含氟扩链剂(2,2-双-(4-羟苯基)六氟丙烷)为硬段,制备了一系列不同氟含量的含氟聚氨酯(F-TPU)。通过傅立叶红外光谱测试(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、接触角测试及热重分析(TGA)对样品的结构和性能进行了表征,研究了氟含量对F-TPU的结构与性能的影响。结果表明,随着氟元素含量的提高,F-TPU的表面能越小,当氟元素含量达到6. 6%时,表面能由82. 5 m J/m^2降低至54. 9 m J/m^2; F-TPU随着氟含量的提高,分子的有序程度呈现先增大后减小的趋势; F-TPU热稳定性随氟含量的增加而增大,当氟含量由1. 9%增加至6. 6%时,起始分解温度(T5%)提高了74. 2℃。

辐照支化聚乳酸的结晶及流变性能

采用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、光引发剂、聚乳酸(PLA)作原料,经紫外光辐照,制备了支化聚乳酸。进一步研究了TMPTA添加量对PLA力学性能、结晶性能及流变特性的影响。结果表明,支化结构使分子链的物理缠结点增多,支化PLA表现出更高的冷结晶温度(Tcc),其中TMPTA添加量为2.5%的PLA的Tcc比线型PLA提高了9.2℃,也使PLA弹性模量、复数黏度得到提高。另外,支链也使聚合物分子链间距增大,PLA的韧性得到提高,TMPTA添加量为2.5%的PLA的冲击强度达到5.8 kJ/m^2,比线型PLA提高了70.6%。

碳纤维/聚乳酸复合材料的结晶性能和流变特性

以碳纤维(CF)作填料,制备了CF/聚乳酸(CF/PLA)复合材料,CF的质量比(CF∶PLA)为1%、3%、5%、10%和15%。研究了PLA及CF/PLA复合材料的结晶性能和流变特性。结果表明,质量比≤3%时,CF在基体中起到了异相成核的作用,提高了PLA的结晶性能,XRD衍射峰强度增强,CF/PLA复合材料结晶温度和结晶度分别提高到112.5℃和30.7%,流变特性与纯PLA相似。CF的质量比增加到5%时,达到"渗流阈值",黏度激增,限制了分子链段的自由运动,导致CF/PLA复合材料结晶性能下降。CF质量比为15%时,CF/PLA复合材料结晶温度降低至93.1℃,结晶度只有2.5%。

多壁碳纳米管/聚丙烯复合材料的晶型及非等温结晶动力学

采用熔融共混法制备了多壁碳纳米管/聚丙烯(MWNT/PP)复合材料,利用X射线衍射法(XRD)、差示扫描量热法(DSC)分别研究了纯聚丙烯(PP)及MWNT/PP复合材料的晶型和非等温结晶动力学行为,并运用Mo法研究了纯PP及MWNT/PP复合材料的非等温结晶动力学行为。结果表明,多壁碳纳米管(MWNT)的加入使PP发生了由β晶型向α晶型的转变。MWNT在结晶过程中具有异相成核效应,提高了PP的结晶温度和结晶速率。MWNT/PP复合材料的结晶活化能均明显高于纯PP。MWNT的加入使PP在单位时间内达到一定结晶度所需的降温速率减小。