氮化硼纳米片表面修饰及其在导热涂料中的研究进展

目的研究氮化硼纳米片表面修饰对导热涂料性能的影响,以改善微电子产品的散热功能。方法从氮化硼纳米片的制备出发,介绍了共价修饰和非共价修饰氮化硼纳米片的表面处理技术,综述了氮化硼纳米片分别与环氧树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂等高分子材料制备复合导热涂料的研究进展及氮化硼纳米片用于导热涂料存在的现行问题。结果自上而下策略是氮化硼纳米片制备工艺中应用最广的策略方法,通过共价和非共价修饰氮化硼纳米片可以有效改善氮化硼纳米片与高分子材料的相容性,进而提升氮化硼纳米片与高分子材料制备的复合涂料的导热性能。结论氮化硼纳米片表面修饰在导热涂料领域具有广阔的应用前景,将为微电子产品的散热问题提供更有效的解决方案。

纤维增强树脂基复合材料在船舶领域的应用综述

纤维增强树脂基复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)因其具有耐化学腐蚀和耐候性好等优异性能,其大面积使用能够实现船舶的高航速、低排放、远续航,进而成为现代造船的理想材料之一.文中主要从成型工艺、应用现状及其发展趋势三个方面对FRP在船舶领域的应用前景进行概述与分析.首先,基于对多类型船用FRP复杂制备工艺的概述,统计了最常用的船舶FRP性能参数及分析了各类型FRP的应用优势;然后,根据FRP在船舶上的不同应用场景,对其在船体制造的应用现状进行了详细概述.最后,依据现代船舶装备发展需求,从船舶制造技术发展方向、应用场景及结构化发展等方面对船舶FRP应用发展趋势进行了全面分析.

SiO_(2)气凝胶/环氧树脂/酚醛树脂复合材料性能研究

为拓宽SiO_(2)气凝胶(SA)的应用领域,以E-51环氧树脂(EP)、SA作为添加剂,采用常压干燥法,逐次与酚醛树脂(PF)、环氧树脂/酚醛树脂材料(EP/PF)混合,制备出SiO_(2)气凝胶/环氧树脂/酚醛树脂(SA/EP/PF)复合材料,通过傅立叶变换红外光谱、比表面积、孔径及力学性能测试,研究了SA、EP对PF隔热性能、力学性能的影响。结果表明:环氧树脂嫁接到酚醛树脂分子中,可改善酚醛树脂的力学性能,当环氧树脂添加量为20%时,最大拉伸强度提高了66%,最大弯曲强度提高了62.5%;当SiO_(2)气凝胶添加比例为1%时,SiO_(2)气凝胶/环氧树脂/酚醛树脂复合材料的导热系数最小,低至0.3185W/(m·K),隔热性能相比酚醛树脂提升16.14%,为SiO_(2)气凝胶推广应用提供了理论依据。

EPDM非线性力学行为及其拉伸速率特性研究

为研究三元乙丙(ethylene propylene diene monomer, EPDM)力学行为的拉伸速率依赖性,分别开展了拉伸速率为3、30、300、500 mm/min下EPDM的单轴拉伸实验,分析了EPDM非线性力学行为规律及其拉伸速率特性。基于分数阶Kelvin-Vogit模型、ZWT模型和OGDEN模型,对应变160%时不同拉伸速率的实验曲线进行了拟合,对比研究了模型的表征能力。结果表明,EPDM全程加载曲线呈典型“S”型,具有显著的非线性迟滞特性,且拉伸速率越大迟滞环面积越大,阻尼损耗能力越强;在应变大于68%阶段,EPDM力学行为的拉伸速率特性显著,并呈现硬化现象。分数阶Kelvin-Vogit模型和OGDEN模型适用于EPDM在低拉伸速率下、应变低于68%阶段黏弹性材料的力学行为的表征;ZWT模型适用于EPDM在高拉伸速率下应变高于100%阶段黏弹性材料的力学行为的表征,且ZWT模型在低拉伸速率下也具有较好的拟合效果。研究结果可为EPDM制品的性能评估及优化提供有益参考。

塑性磨料气射流仿真与试验研究

塑性磨料气射流加工(PAJM)是一种先进的减材加工技术,是采用热固性塑性磨料代替传统硬磨料而发展的新型技术,该技术可有效去除表面涂层,且不损伤基材。基材无损主要是通过控制塑性磨料对基材的冲蚀应力,使得塑性磨料的冲蚀应力小于基材纤维的极限强度或纤维与树脂的结合强度。本研究采用有限元仿真和试验相结合的方法,对颗粒速度进行理论分析、计算流体动力学仿真模拟和试验研究,研究不同气体压力下的颗粒速度,计算结果与试验数据吻合较好。结果表明,随着磨料颗粒离开喷嘴,在距离喷嘴出口6.2 dN内(dN为喷嘴内径),颗粒速度增加;相反,距离喷嘴出口6.2 dN外,颗粒速度逐渐减小。当磨料粒径由20~30目变为40~50目时,最大颗粒速度由164.365 m/s增加到228.402 m/s。随着磨料粒径的减小,颗粒速度增加,且发散角增加。相比而言,数值模型能更好的预测塑性磨料的颗粒速度和分布。该研究突出了控制颗粒粒径和支座距离对射流场颗粒速度和发散角的影响。为控制颗粒对基材的冲蚀应力,避免基材损伤提供理论参考。

基于银纳米线/聚苯胺纳米复合材料的电致变色薄膜及器件的制备与性能

以质量比分别为1:5,1:15,1:25的银纳米线(AgNWs)和苯胺为原料,采用化学氧化聚合法制备了银纳米线/聚苯胺(AgNWs/PANI)纳米复合材料,喷涂在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上得到AgNWs/PANI电致变色薄膜,将喷涂AgNWs/PANI(质量比为1:15)和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)电致变色薄膜的ITO基电极组装得到分层式电致变色器件,研究了AgNWs/PANI电致变色薄膜和电致变色器件的微观形貌和电致变色性能。结果表明:AgNWs/PANI电致变色薄膜中PANI均匀包覆在AgNWs上形成线性核壳结构,当AgNWs和苯胺质量比为1:5时薄膜中有很多AgNWs暴露在外,当质量比为1:25时AgNWs暴露缺陷较少但形成的导电通路连续性差,当质量比为1:15时AgNWs被PANI完美包覆且导电通路连续均匀;与纯PANI电致变色薄膜相比,AgNWs/PANI电致变色薄膜的峰值电流密度、离子扩散速率和光学对比度增大,电荷传递阻抗减小,变色效果明显,电致变色性能提升,AgNWs和苯胺质量比为1:15时电致变色性能最佳;电致变色器件的最大光学对比度为65.2%,着色和褪色过程响应时间分别仅为6.5,4.9 s,经历1 000次恒电位跃迁后光学对比度保留率高达97.7%,着色效率高达124.6 cm^(2)·C^(-1)。

高性能高分子材料体系自立自强发展战略研究

高性能高分子材料具有高强高模、高绝缘、耐腐蚀、耐辐照或绿色低碳等特点,是保障国家安全和国民经济发展的战略性材料之一,广泛应用于航空航天、电子电器、生物医疗等重要领域。本文系统梳理了高性能树脂及工程塑料、有机纤维、生物基树脂及可降解材料、特种橡胶及弹性体四大类高性能高分子材料中的重点品种,分析了国内外重点品种的发展现状和特点。研究发现,目前我国在高性能高分子材料方面已建立起比较完备的化工原料–合成–加工改性–制品应用上下游产业体系,但同时也存在关键原料保障不足、产品应用开发有待拓展等问题。在此基础上,从加强技术创新、推进关键原料保障、组建创新联合体等方面提出对策建议,以期为我国高性能高分子材料体系发展提供参考。

树脂基纤维复合材料在新能源汽车上的应用

树脂基纤维复合材料具有密度小、模量高、比强度高等优点,是优异的车用轻量化材料。为更好地探寻新能源汽车零部件的用材趋势,文章对树脂基纤维复合材料在国内外新能源汽车上的应用进行了详细的分析。研究发现,碳纤维增强复合材料虽然成本高,但由于优异的性能,仍在部分高端车型上大量使用,用以提升品牌影响力;玻纤增强复合材料,成本较低,是理想的轻量化材料,近几年在新能源汽车上大量应用;天然纤维增强复合材料的应用主要是为了提升低碳、环保的形象;玄武岩纤维增强复合材料目前还未形成完整的产业链,但未来有广阔的发展空间。文章的分析为新能源汽车零部件的选材提供了依据和指引方向。

高温溶胀下二硫化钼/丁腈橡胶力学和摩擦性能分子动力学模拟

为研究高温环己烷(C_(6)H_(12))溶胀下,二硫化钼(MoS_(2))对丁腈橡胶(NBR)复合材料力学及摩擦学性能的影响,使用蒙特卡洛法和Forcite模块分别建立纯NBR、溶胀NBR、NBR/MoS_(2)和溶胀NBR/MoS_(2)复合材料模型,研究MoS_(2)对NBR高温溶胀、力学和摩擦学性能的影响,并探讨MoS_(2)改善高温溶胀NBR的机制。结果表明:C_(6)H_(12)溶胀使NBR的力学性能下降,但在添加MoS_(2)后,复合材料的力学性能得到提高;C_(6)H_(12)溶胀使NBR内部分子链迁移、运动速率加快,但在添加MoS_(2)后,有效地抑制了C_(6)H_(12)溶胀;C_(6)H_(12)溶胀会使NBR复合材料表面分子链增加,导致NBR摩擦学性能下降,但添加MoS_(2)后,复合材料的摩擦学性能也有所提升。由于MoS_(2)较大的比表面积以及较强的范德华力和静电力吸附作用,添加MoS_(2)能改善高温C_(6)H_(12)溶胀下NBR复合材料的力学与摩擦学性能。

非对称结构纤维膜的制备及其热调控性能

为获得在寒冷环境下可通过零能耗的方式使人体保持合适体温的织物,将浸渍法和静电纺丝法相结合,以二维过渡金属碳氮化合物(MXene)、聚多巴胺(PDA)、聚氨基甲酸酯(PU)为原料,棉织物(Fc)为基底,制备了二维过渡金属碳氮化合物黏附聚多巴胺-棉织物(MXene/PDA-C)为亲水层,PU纤维膜为疏水层的非对称结构(PU/MXene/PDA-C)纤维膜复合材料。借助扫描电子显微镜、液态水分管理仪、接触角测试仪、傅里叶红外光谱仪等对所制备的PU/MXene/PDA-C进行表征测试。结果表明:当疏水层静电纺丝时间为15 min时,非对称结构纤维复合膜的单向液体运输能力最好,具有优异的水蒸气透过率,可将人体皮肤的汗液快速导出;此外,MXene赋予非对称结构纤维复合膜出色的光热转化性能,在模拟太阳光照射下,与普通棉织物相比,能够升温约30℃。

胶粘剂在湿热环境下的老化行为规律及环境损伤机理

本工作选取硅橡胶胶粘剂、环氧树脂胶粘剂这两类典型胶粘剂作为研究对象,开展实验室湿热加速试验,从胶粘剂材料及胶接界面等角度研究其老化行为规律及环境损伤机理。结果表明,在试验初期上述两类胶粘剂均发生后固化反应,这导致样品的拉伸剪切强度和初始热分解温度有所上升。随着老化持续进行,样品的拉伸剪切强度和初始热分解温度逐渐下降。硅橡胶胶粘剂的界面破坏形式由内聚破坏占主导的混合破坏向界面破坏转变,而环氧树脂胶粘剂的界面破坏形式由界面破坏占主导的混合破坏向界面破坏转变。分析其可能的环境损伤机理,认为侧基氧化、Si-O结构环化解聚、水解和交联反应等可能存在于硅橡胶胶粘剂湿热老化过程中。就环氧树脂胶粘剂而言,其老化可能主要源于主链中C-N键等处链段降解,以及羟基、与N相连的亚甲基处发生氧化反应等。

聚对苯二甲酰对苯二胺气凝胶纤维的制备与性能

气凝胶纤维具有良好的柔韧性,其织物在可穿戴保温隔热领域受到了人们高度的关注。聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)具有优异的耐热性、耐化学品腐蚀等性能,是制备气凝胶纤维的理想材料。然而,目前利用PPTA纤维(对位芳纶)的纳米纤维分散液制备气凝胶纤维的过程复杂、耗时且成本高,因此本工作通过合成具有良好可加工性的PPTA溶液,利用湿法纺丝和冷冻干燥工艺制备PPTA气凝胶纤维,极大地简化了工艺流程。实验分析表明,通过改变PPTA溶液的浓度可以有效地控制气凝胶纤维的孔结构及机械强度。当PPTA溶液的质量分数为2%时,制得的气凝胶纤维的孔隙率高达94.5%,断裂强度可达7.8 MPa;除此之外,该气凝胶纤维还具有高的比表面积(291 m2/g)和低的热导率,其织物的热导率为29.65 mW/(m·K)。当PPTA溶液的质量分数为5%时,气凝胶纤维的断裂强度高达20.5 MPa。本工作中所制备的气凝胶纤维具有极高的孔隙率、超低的密度和热导率以及良好的力学性能,为新一代保温隔热纺织品的设计和制造开辟了新的途径。

基于PC老化行为的西藏大气环境严酷度预测

通过研究聚碳酸酯(PC)在西藏自治区(西藏)10个典型大气站点自然暴露试验1年的老化行为,以色差作为指标评估西藏地区PC服役大气环境严酷度时空分布规律.采集了西藏10个典型大气站点8类环境因素数据年均值(2021年4月—2022年3月),分析了西藏地区气候环境特点及气候分布区域,为环境严酷度评价提供准确输入.通过在10个站点开展自然环境试验,研究发现PC老化过程中表观失光率、色差逐渐上升,力学性能如拉伸强度、拉伸断裂应变等波动性下降,最终选择以规律性能较好的色差作为PC老化评估指标.通过Pearson相关性研究分析,认为各类环境因素与地理信息坐标等信息之间有信息冗余,环境参量可以进一步优选.通过灰色关联度、回归分析,筛选出影响PC老化的4个敏感环境因子分别为:日照时间、海拔高度、平均相对湿度、降水时间;通过构建反向传播人工神经网络(BP-ANN)模型并优化模型参数,建立具有良好训练精度及泛化能力的“环境-材料”映射模型.不同学习精度训练结果表明,过低的学习精度将导致训练程度不够,预测精度较低;过高的学习精度将导致过拟合,使预测陷入局部最小值.输入西藏全域28个城市气象数据,输入已训练好的人工神经网络模型,预测得到西藏28个城市PC老化一年色差值.基于Griddate插值计算,得到西藏地区严酷度空间分布地图,结果显示低海拔的藏东严酷度较低,而高海拔藏西无人区及藏北高原等地区严酷度较高.

乙酰乙酸纤维素膜的手性传输性质研究

选用价格较低且易得的微晶纤维素作为实验原料,用酯交换法与乙酰乙酸叔丁酯反应,通过控制反应时间制备不同取代度的乙酰乙酸纤维素(CAA),并利用溶剂挥发法制得CAA膜.通过^(1)H NMR、FTIR、SEM和TGA等测试CAA膜的化学结构、形貌和热稳定性.使用渗析器测试CAA膜对D,L-色氨酸的渗透拆分性质,利用二元高压梯度高效液相色谱测试渗透液中D-色氨酸和L-色氨酸的浓度.针对手性传输性质,研究了不同取代度的CAA膜对D,L-色氨酸的拆分机理.研究发现,低取代度的CAA膜有更好的手性拆分性能,而高取代度的CAA膜由于接触水溶液后自由体积增大,色氨酸容易通过渗透过膜,分离性能降低.经过对CAA膜对D-色氨酸和L-色氨酸的渗透、分配和扩散系数的分析可知,高取代度的CAA膜的手性拆分性能主要是由扩散控制.其中低取代度(DS=0.57)的CAA膜的对映体过量百分比在6 h内保持100%,超过6 h略微下降,之后趋于稳定.本研究通过简单的调控CAA的取代度制备了具有一定拆分性能的手性分离膜,为手性分离膜的设计提供了思路.

静电纺纳米纤维膜的制备及其在空气过滤中的应用

病毒的传播和由颗粒物引起的雾霾等空气污染问题已成为全球性挑战。纳米纤维膜可有效捕获空气中的颗粒物且不造成大幅压力降,因此作为一种较为理想的空气过滤介质,近年来受到了广泛关注。聚焦静电纺纳米纤维膜的制备及其在空气过滤中的应用,首先介绍了静电纺丝技术的原理及影响纳米纤维尺寸与形态的因素。其次,系统分析了纳米纤维膜的过滤机制、过滤效果评价参数及其影响因素。最后,总结了多种高效过滤策略,如引入纳米孔结构或支化结构、利用驻极体材料制备纳米纤维膜、构建多层膜复合结构等,并指明了绿色可持续化和多功能化是其未来发展方向。

光/热双重固化树脂的制备及性能研究

以环氧丙烯酸酯和环氧树脂的混合体系作为基体树脂,加入光引发剂、活性稀释剂、高温热固化剂、促进剂,制备了体积收缩率小、固化速度快、力学性能优良的光/热双重固化树脂,研究了光固化树脂和热固化树脂质量比、热固化时间、热固化温度对光/热双重固化树脂性能的影响。结果表明,光固化树脂和热固化树脂质量比为5∶5、热固化温度为100℃、热固化时间为3h时,光/热双重固化树脂性能最佳,拉伸强度为18.82MPa,冲击强度为85.76J/m^(2),体积收缩率为2.48%。

改性大豆蛋白胶黏剂制备及其应用研究进展

目前人造板生产中大量使用的甲醛基树脂胶黏剂已成为室内甲醛污染的首要来源,极大影响着人们的健康与工作、生活质量。近些年来,大豆蛋白胶黏剂因其无毒、可生物降解、成本低、加工方便等优点,在木材胶黏剂领域受到广泛的关注。然而,相较于目前广泛商用的酚醛树脂、脲醛树脂等商用的醛基胶黏剂,大豆蛋白胶黏剂存在胶合强度低、耐水性和防霉性能差等缺陷。针对上述问题,采用交联改性、共混改性、结构改性、水解酶改性和填充改性等物理化学手段对大豆蛋白胶黏剂进行功能化改性进而提升其性能是目前常用的手段。本文综述了不同的功能改性大豆蛋白胶黏剂的方法,总结了不同改性方法所存在的问题,并对其未来的发展提出展望。

外加电压对明胶膜液荷电与润湿性能的影响及其预测模型

目的 探究不同荷质比明胶溶液的润湿性能,并建立预测模型。方法 以明胶可食涂膜为研究对象,利用感应荷电施加外源静电场以改善膜液润湿性能,探究电场电压对明胶液滴荷质比与表面张力,以及液滴在疏水表面接触角的影响,并通过机器学习建立荷质比与表面张力/接触角之间预测模型。结果 随着电压升高,明胶液滴荷质比不断增大,且仅以司盘20为表面活性剂(tw0组)时液滴具有最高的荷质比(-50 nC/g)。在0~7 kV内,明胶液滴的表面张力随电压升高从35.99~40.65 mN/m降至31.38~35.65 mN/m,其中tw0组表面张力下降最为明显。明胶液滴在石蜡表面的接触角也随电压升高而减小,在表面活性剂吐温20与司盘20质量比为1∶1时具有最小值,即电压7 kV时接触角为64.99°。深度神经网络预测模型决定系数接近于1,均方误差小于0.08,平均绝对误差小于0.15,具有最好的预测效果。结论 静电喷涂能够有效改善膜液在食品表面的润湿性能,利用深度神经网络能够建立膜液液滴荷质比与表面张力/接触角的良好预测模型。

调控丝素蛋白膜的力学性能研究进展

作为一种潜在的生物材料,以丝素蛋白制备的膜材料越来越多地应用到生物医学领域。丝素蛋白膜的力学性能是一个重要的表征参数,对其后续的体外体内应用有较大的影响。本文先简述丝素蛋白的多级结构与力学性能的关系;然后总结制备工艺对丝素蛋白膜力学性能的影响,阐述不同的处理方式对丝素蛋白膜微观结构的影响及由此所致的力学性能的变化。丝素蛋白膜的制备工艺包括丝素蛋白溶液的制备(先脱胶再溶解丝素)、成膜工艺(按结构形式分为致密膜、多孔膜和多层膜),以及成膜后处理(有机溶剂浸泡、水蒸气退火和外力作用)等。此外,讨论复合丝素蛋白膜中不同改性方法导致的结构变化与力学性能的关系。最后,展望丝素蛋白膜材料的发展趋势,为不同需求下的丝素蛋白膜的发展提供借鉴和参考。

PCL/ASA药物控释系统结构拓扑优化及瞬态释药性能

以聚己内酯(PCL)为载体材料,阿司匹林(ASA)为待释放药物,提出一种PCL/ASA药物控释系统,以实现医工结合背景下药物控释系统的个性化定制及释药量的参数化调节。首先,基于菲克扩散定律建立了PCL/ASA药物控释系统的释药模型,以设计域平均浓度与目标浓度之差的最小值作为优化目标,采用拓扑优化方法对PCL/ASA药物控释系统的结构进行拓扑优化设计。其次,对所获得的拓扑优化结构进行几何重构,得到清晰的流道结构,并研究了不同药物储库形状和流道结构对瞬态释药性能的影响。最后,制备PCL/ASA药物控释系统并进行体外药物释放实验,验证了优化方法和模型的合理性。结果表明,几何重构方法可以很好地保留拓扑优化的流道结构,具备较高的可靠性。拓扑优化方法所获得的流道结构展现出较好的药物控释性能,药物释放趋势趋于零级释放。基于拓扑优化设计的PCL/ASA药物控释系统可以在35.03~43.86 mol/m3范围内实现ASA浓度的参数化调节,呈现出较好的释药量调节能力。该研究为医工结合背景下优化药物控释系统结构、实现按需给药提供了一种新的手段。