聚合物基隔热泡沫材料的制备及其研究进展

以聚合物为基体的多孔材料即聚合物泡沫材料具有比强度高、隔热优良、质量轻、隔音性能好、性价比高等优势。简述了聚合物基隔热泡沫材料的制备方法的发展历史。对聚合物泡沫材料的导热机理进行了归纳,汇总了近些年聚合物基隔热泡沫材料的相关研究,概述了聚合物基泡沫材料结构与导热性能之间的关系。分析了目前常用隔热泡沫材料制备方法的优缺点,指出超临界流体发泡技术由于环保、无毒等优点被广泛应用在隔热聚合物泡沫材料的制备中,且可通过调整温度、压力和外场等对泡孔的尺寸、发泡倍率等进行调控。

二氧化硅的表面处理及其在尼龙6中的应用

为优化二氧化硅的表面处理效果,以此提升二氧化硅改善尼龙6 (PA6)力学性能的作用效果,将脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)与γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)混合后,形成复合表面处理助剂(CSA),并用其对二氧化硅进行表面处理。通过红外光谱、热失重分析证实了CSA与二氧化硅的化学接枝,进一步通过粒径分布测试及扫描电子显微镜观察确定表面处理后二氧化硅的平均粒径能够达到169 nm,分散均匀度也有所改善。将CSA表面处理后的二氧化硅加入到PA6中,采用共混挤出的方法制备了二氧化硅增强PA6复合材料。通过对复合材料的性能测定,确认CSA处理后的二氧化硅在3%~4%用量下,能够使PA6的拉伸强度最多提升约17%,弯曲强度最多提升约13.9%,冲击强度最多提升约14%,提升效果远比使用等量的纯二氧化硅或仅采用KH-550表面处理的二氧化硅明显。以上特征对于在汽车零部件、电子电器零件等领域应用的尼龙制品性能提升有重要帮助。

接枝修饰SiO_(2)及其在PP中协效阻燃与抗静电作用

以显著提升二氧化硅(SiO_(2))在聚丙烯(PP)中协效阻燃与抗静电作用效果为主要目标,首先,使用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)与γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)尝试制备1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基氨基]-3-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙氧基]-2-丙醇(NDA)作为网络状分散助剂,结合红外光谱分析与液相色谱-质谱分析,证实NDA的成功合成。进一步,使用NDA对SiO_(2)进行接枝修饰,通过红外光谱及热失重分析证实了NDA在SiO_(2)表面的化学接枝;结合粒径分析与扫描电子显微镜观察确定经NDA修饰后的SiO_(2)(NDA-S)呈现一种粒子相互连接、但颗粒间普遍存在小空隙的特殊网络状结构。在阻燃改性PP中,使用5%(质量分数,下同)的NDA-S替代总计2.5%的阻燃剂,经阻燃性能、力学性能测试确认,该情况下材料阻燃性能得以保持的同时,弯曲强度及其弹性模量还有一定程度提升;在抗静电改性PP中,额外加入10%的NDA-S,经电阻率测试确认,该情况下材料的体积电阻率降低超过一个数量级。研究结果表明,引入NDA对SiO_(2)进行接枝修饰,能够提升SiO_(2)在PP中协效阻燃与抗静电作用效果,为降低相应材料成本提供一个新方案。

乳液共混法制备天然橡胶复合材料研究进展

通过总结近年来国内外采用乳液共混法制备天然橡胶(NR)复合材料的研究进展,介绍NR与炭黑、粘土、白炭黑、碳纳米管、石墨烯等填料实现乳液共混的新方法。对比了乳液共混法及传统机械共混法制备的橡胶复合材料在加工流程、填料分散情况、材料力学性能等方面的差异,说明了乳液共混法制备NR复合材料的优势,并对乳液共混法的发展前景进行了展望。

阻燃PA6复合材料研究进展

归纳了聚酰胺6(PA6)的燃烧机理,总结了设计阻燃PA6材料的主要思路。列举了卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂及无机阻燃剂等阻燃剂以共混填充方式改善PA6阻燃性的内在机理,介绍了阻燃剂的使用对PA6阻燃和力学性能的影响,总结了几类阻燃剂间存在的协同阻燃作用。以达到阻燃指标为主要目标,兼顾考虑聚酰胺6的力学性能等,通过阻燃剂选择,制备方式调整,能够实现高性能阻燃PA6复合材料的制备。但是,阻燃PA6中阻燃剂的填充量偏高,阻燃剂在燃烧过程中易造成二次污染等问题依然存在,克服上述问题的同时,进一步优化阻燃PA6材料的综合性能,是未来阻燃PA6材料发展的主要方向。

PA6/GF复合材料力学性能改进研究进展

总结了国内外对玻璃纤维(GF)增强聚酰胺6 (PA6)复合材料从结构、组分、加工与成型等方面改进力学性能的研究成果,归纳出选用高强GF、增加GF 含量、强化GF– 树脂界面、保证GF 在树脂中分散、尽可能保持GF 长度等几种能够有效提高GF 增强PA6 复合材料力学性能的策略,指出通过对上述策略的选择与组合使用,可实现高性能GF 增强PA6 复合材料的制备,进而使该材料可被更广泛地应用。

电子束辐照对形状记忆聚己内酯材料性能影响

在使用电子束辐照实现聚己内酯(PCL)交联过程中,研究了辐照剂量及交联助剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)用量对PCL材料交联程度的影响。采用熔融挤出及注塑成型方法制备了TMPTA质量分数为0%~2%的PCL板材。对几种PCL板材施加10~50 kGy的辐照后,通过分析PCL材料的凝胶含量确认其交联程度,发现PCL材料的交联程度随辐照剂量增加而上升,而添加TMPTA能够显著提高同等辐照剂量下PCL的交联程度。对比了交联程度不同的PCL材料在熔点、形状记忆性能、力学性能等方面的差异,随着PCL材料交联程度的提升,PCL材料的熔点和变形回复率下降,弹性态下的定伸应力上升。在工业化制备形状记忆PCL制品时,可以将板材堆叠成24 mm高并双面施加等量辐照,能够提升产品的制备效率,降低辐照成本。

石墨纳米片改性及其对PP材料性能影响

尝试使用γ–氨丙基三乙氧基硅烷与月桂醇聚氧乙烯醚在液相中对石墨纳米片进行改性修饰,表征证实修饰后的石墨纳米片表面化学接枝了上述改性剂,且其片层厚度得以变薄,整体结构接近于石墨烯。经过接枝改性的石墨纳米片在密炼机中以190℃与聚丙烯(PP)共混5 min时,增强PP效果最佳。在使用滑石粉增强PP的基础上,额外添加0.3份的接枝改性石墨纳米片可以使材料性能显著提高,其中弯曲强度及模量增加15%,拉伸强度增加6%,热变形温度增加4%。为实现材料的轻量化,可以在使用接枝改性石墨纳米片的情况下,降低滑石粉用量,实验表明,当接枝改性石墨纳米片用量为0.3份时,滑石粉用量由23份降低至15份,材料的弯曲强度及模量能保持基本不变,此时材料密度能够下降5%左右。

接枝修饰二氧化硅及其在辐照交联聚己内酯材料增强中的应用

使用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)对二氧化硅进行修饰,通过傅里叶变换红外光谱及热重分析证实了KH-570在二氧化硅表面的化学接枝。将使用KH-570修饰的二氧化硅应用在辐照交联聚己内酯(PCL)的增强中,采用共混挤出后注塑的流程制得PCL板材。通过对板材取样进行凝胶含量的测定,确定接枝了KH-570的二氧化硅能够发挥与常用交联助剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)类似的构建交联结构的作用。进一步研究发现,使用KH-570接枝的二氧化硅替代部分滑石粉作为PCL的增强组分,能够使材料的交联密度提升最多27.5%,并且能够使PCL的弯曲强度及弯曲弹性模量分别最大提升12.1%与12.4%,回复后变形残留率则由未加二氧化硅的9%最多降低至7%(5次拉伸后)。以上性能提升对于在骨外科固定、外科辅助定型等医用领域应用的PCL制品作用效果改善有重要帮助。

玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料性能研究

以聚丙烯(PP)树脂为基体,加入玄武岩纤维(BF)和相关助剂,通过双螺杆挤出机熔融共混制得相应复合材料。考查相容剂对PP/BF复合材料性能影响、对PP/BF复合材料和PP/玻璃纤维(GF)复合材料力学性能、微观形貌和耐热氧老化等性能进行对比。通过实验数据分析,加入相容剂后,拉伸强度提高126.8%,弯曲强度提高223.8%,弯曲弹性模量提高119.9%,悬臂梁缺口冲击强度提高223.2%。在同样质量配比下,PP/BF复合材料较PP/GF复合材料拉伸强度提高9.8%,弯曲强度提高11.0%,弯曲弹性模量提高5.8%,悬臂梁缺口冲击强度降低10.7%。从微观电镜分析,加入相容剂可明显改善纤维与PP基材界面浸润程度。另外,BF比GF更易使复合材料老化,常规热氧老化剂1010和168对纤维增强PP类材料耐老化效果并不好,用等量自制热氧老化剂可解决此问题。

聚合物导电复合材料的设计与制备研究进展

首先归纳了聚合物导电复合材料的导电机理,进而归纳了此类材料的微观结构设计思路,并且列举了金属与碳系导电填料应用在聚合物导电复合材料中的最新研究进展。目前,以改善材料导电性为主要目标,兼顾考虑材料的力学性能,通过设计导电填充体系的微观结构,筛选导电填料类型,调整制备工艺,可实现各类功能性聚合物导电复合材料的开发设计。而进一步降低复合材料中导电填料的导电逾渗阈值,提高聚合物导电复合材料制备工艺实用性也是近年来研究的热点。

形状记忆聚己内酯板材

在聚己内酯(PCL)板材研发过程中,研究了甲基丙烯酸四氢呋喃酯(MATE)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、新戊二醇二丙烯酸酯(NPGDA)三种交联助剂不同种类和TMPTA加入方式对PCL材料电子辐照交联程度的影响。采用熔融挤出及注塑成型方法制备了改性PCL样板;对几种PCL样板施加10~50 kGy的辐照后,通过分析PCL材料的凝胶含量确认其交联程度;发现PCL材料的交联程度随辐照剂量的增加而上升;三种交联助剂中,TMPTA效果最佳,同等辐照剂量下PCL的交联程度更高;在加入方式上,预制母粒加入较直接加入更有利于交联助剂在PCL基体中的均匀分散,可有效提高PCL的辐照交联效果。在工业化生产过程中,推荐加入0.2份1076及0.3份168的复配抗氧剂和0.5份芥酸酰胺,可有效改善PCL板材的辐照后黄变严重、发酸发臭以及加工过程中粘辊等问题。

新型硅烷偶联剂IMLV在绿色轮胎胎面胶中的应用

研究新型硅烷偶联剂IMLV在绿色轮胎胎面胶中的应用,并与传统硅烷偶联剂Si69进行对比。结果表明:在胎面胶中以偶联剂IMLV等量替代偶联剂Si69,胶料的门尼焦烧时间延长,加工安全性和稳定性提高;硫化胶的硬度、定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和拉断永久变形相当,拉断伸长率增大,耐磨性能提高;可明显善白炭黑在橡胶基体中的分散性,减小硫化胶的损耗因子,降低硫化胶的滚动阻力。