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。

PhN-DOPO改性环氧树脂的制备及性能

以对氨基苯甲酸(PABA)、对羟基苯甲醛(PHBA)和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为原料合成了一种长链阻燃剂(PhN-DOPO),并经FTIR、^(1)HNMR、ESI-MS对其进行了表征。制备了PhN-DOPO添加量(以环氧树脂质量计,下同)为0、5%、10%、15%的一系列梯度改性环氧树脂(EP1~EP4),通过DSC、TGA、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)和剥离强度测试考察了改性环氧树脂的热稳定性、阻燃性及粘接性能。结果表明,PhN-DOPO添加量为10%时,改性环氧树脂EP3的玻璃化转变温度提高至177.2℃,UL-94测试为V-0等级,LOI达32.4%,表现出最好的阻燃性和良好的热稳定性;EP3的剥离强度为2.75 kN/m,比纯环氧树脂(EP1)高0.28 kN/m。改性环氧树脂燃烧时,PhN-DOPO通过凝聚相和气相阻燃协同作用提高了环氧树脂的阻燃性,并且改性环氧树脂对应残炭的石墨化程度提高,表现出良好的成炭能力,其中改性环氧树脂EP3的成炭效果最好。

某双塔高位弱连体结构设计研究

连体结构受力较复杂,连接形式的选择及连接节点的设计尤为重要,其是结构设计的重点和难点。对某双塔高位连体结构进行分析,研究表明,采用可滑动弱连接型式更适合本工程。连接体采用双层钢桁架结构,选用铅芯隔震橡胶支座与塔楼进行连接。计算分析表明,双塔可满足大震不倒,高位弱连接体可达到大震下不掉落的抗震设防目标。

橡胶微粒掺量对塑性混凝土性能的影响

采用对比试验方法,测试了橡胶微粒掺量为0-14.30%（体积分数,下同）的塑性混凝土工作性、强度、弹性模量、渗透系数.结果表明,当橡胶微粒超量取代膨润土且其掺量达到8.90%之后,塑性混凝土的强度和弹性模量随着橡胶微粒掺量的增加而明显降低;当橡胶微粒部分取代黏土后,塑性混凝土的强度和弹性模量并没有降低,其拌和物的工作性和施工的可操作性得到明显改善;当橡胶微粒超量取代膨润土并部分取代黏土,且其掺量达到8.64%时,塑性混凝土拌和物的工作性及混凝土强度、弹性模量和渗透系数都能满足防渗墙工程设计要求.

新型功能材料杜仲胶的研究与应用

从高弹性杜仲胶的诞生及结构的发现,从杜仲胶硫化过程3个阶段及相对应的3类材料的发现,从杜仲胶材料工程学的形成及“橡—塑统一材料谱”概念的提出,论证了杜仲胶的广泛应用及发展前景。提出了杜仲胶、天然橡胶、顺丁橡胶共混的新观点。

环氧树脂增韧改性的研究现状

综述了改性环氧树脂的最近研究状况,概述了橡胶粒子、热塑性树脂及热致液晶聚合物等对环氧树脂改性方法。对环氧树脂改性的方向进行了展望。

DOPO型环氧树脂用阻燃剂的合成与应用

以对苯二胺、4-氟苯甲醛、4-硝基苯甲醛、4-甲氧基苯甲醛、9,10-二氢-9-氧-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为原料,经两步反应,合成了3种含磷、氮的DOPO型环氧树脂用阻燃剂,通过1HNMR、FTIR对中间体及目标产物结构进行了表征。将合成的阻燃剂按0.00%、5.00%、10.00%、15.00%、20.00%(按环氧树脂质量计算)加入到环氧树脂(EP)中,加入4,4'-二氨基二苯基甲烷(DDM)固化后得到透明的复合材料,并对复合材料的热稳定性和阻燃性能进行了初步评价。结果表明,添加阻燃剂后的固化物初始失重温度高于300℃,可满足高分子材料加工时对热稳定性的要求;随着固化物中磷含量的增加,固化物的阻燃性增大;当固化物中磷质量分数达到1.00%时,所有固化物都可以达到UL94 V-0级,测得其中N,N'-双[1-(4-硝基苯基)-1-(9-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)-甲基]-1,4-苯二胺(BNP-DOPO/DDM/EP)固化物的极限氧指数(LOI)值为37.0,是三组固化物中最高者。

SnCl_4改性阳离子交换树脂催化合成柠檬酸三丁酯

以柠檬酸和正丁醇为原料,SnC l4改性阳离子交换树脂为催化剂,合成了柠檬酸三丁酯。FTIR和X射线荧光光谱表征结果表明,用SnC l4对阳离子交换树脂进行改性后,树脂骨架结构变化不大,Sn4+的负载量达13.47%(质量分数,下同)。合成柠檬酸三丁酯的最佳工艺条件为:反应温度155℃,反应时间6 h,n(正丁醇)∶n(柠檬酸)=4.1∶1,催化剂用量为反应物总质量的4.5%,柠檬酸三丁酯的产率可达97.3%。催化剂不经任何处理重复使用8次后,产率仍为96%。

橡胶支座水平剪切弹塑性力学性能试验研究

通过对铅芯橡胶支座剪切弹塑性力学性能试验,发现铅芯橡胶支座的滞回曲线与加载时程密切相关,在同一水平应变下,水平剪切刚度随加载次数的增多有所减小,最后趋于稳定;在不同应变下,水平剪切刚度随应变的增大而减小.试验还表明铅芯橡胶支座不仅在大应变存在着小应变滞回特性,而且在小应变也存在着小应变滞回特性.

一种新型高压电缆附件优化设计方法

针对电缆附件使用中的扩张形变对附件运行可靠性的影响,提出了一种新型高压电缆附件设计方法。该方法首先通过弹性力学理论,详细推导了电缆附件在扩张过程中的形变和位移方程,然后利用此形变和位移方程将电场优化后呈扩张态的附件结构进行结构松弛至生产结构,从而确保电缆附件安装后的最优电场分布。同时根据据国产35kV冷缩电缆结构参数,分析和对比了传统附件设计方法和新型附件设计方法对附件电场分布的影响,并通过实际电缆附件的结构扩张和松弛过程验证了附件形变和恢复方法的正确性。仿真和计算结果表明:电缆附件撑开时,绝缘内侧到外侧位移量非线性降低,附件厚度减薄、长度变短,应力锥角度、高压屏蔽管端部形状均偏离附件结构设计尺寸,造成附件界面电场、绝缘内部电场增加,而采用提出的新型电缆附件设计方法,能够有效确保电缆附件扩张后的最优电场分布。

增韧剂对环氧树脂性能的影响

研究了液体聚硫橡胶、液体丁腈橡胶(包括端羧基和端羟基丁腈橡胶)、聚醚和聚酯树脂、聚氨酯预聚体等对环氧树脂的增韧改性,结果显示增韧后的环氧树脂的粘接强度和抗冲击强度显著增加。

干法制备高醚化三聚氰胺树脂

以三聚氰胺及甲醛等为原料,采用干法制备"低甲醛、高固含、高稳定性"的环保型高醚化三聚氰胺树脂,并对各反应阶段物料配比、温度、p H等多种影响因素进行了探讨,确定了最佳的制备条件。研究结果表明,当羟甲基化反应阶段n(三聚氰胺)∶n(甲醛)=1∶10,反应温度为75℃,p H=9.0,反应时间为50 min,醚化反应阶段n(六羟甲基三聚氰胺,即HMM)∶n(醇)=1∶10,反应温度为65℃,p H=5.5时,制成的高醚化三聚氰胺树脂固含量高达90%以上,羟甲基含量可达51.4%,且游离甲醛含量低于0.3%。

无规羧基丁腈橡胶改性环氧树脂

介绍以无规羧基丁腈橡胶为增韧剂,用三乙醇胺、低分子量聚酰胺等为固化剂改善环氧树脂阻尼性能的方法。利用扫描电子显微镜等研究了环氧树脂/丁腈橡胶体系的微观结构形态以及橡胶种类、用量等对增韧效果的影响。

考虑双向耦合非线性的LRB隔震桥梁地震反应分析

为了研究铅芯橡胶支座(LRB)隔震桥梁在双向水平地震激励下的非线性地震反应,首先建立了模拟水平正交两向作用力条件下LRB支座非线动力行为的双向耦合弹塑性恢复力模型,这一双向耦合弹塑性模型中的单向力和变形关系的骨架曲线为双线性。在此基础上,提出了一种双向水平地震激励下多跨连续LRB隔震桥梁的非线性地震反应分析模型以及求解方法,并对考虑和忽略LRB支座恢复力的双向耦合作用时隔震桥梁的非线性地震反应进行了算例比较分析。研究表明这种双向耦合作用对隔震桥梁的地震反应有重要影响,如果忽略这些相互作用的影响,支座位移的峰值将被低估,这对隔震桥梁设计是不利的。

聚硫橡胶/环氧树脂/棕刚玉弹性砂轮的研制

研究聚硫橡胶/环氧树脂/棕刚玉三元共混体系对金属的高精度磨蚀机理。研制的聚硫橡胶/环氧树脂/棕刚玉弹性砂轮对金属的磨光粗糙度可达Ra=0.8μm。采用0.5～0.6份分散剂研制的弹性砂轮,能够达到Ra=1.0μm以下的高精度磨光要求。对异型精密仪器的磨光工效是手工磨光的8～10倍。

纳米CaCO_3与聚氯乙烯对采油螺杆泵定子橡胶材料(NBR)的改性研究

采油螺杆泵定子所使用的传统橡胶材料为丁腈橡胶(NBR)。但采油螺杆泵工作条件十分苛刻,如高温、高压、工作时间长、磨蚀性介质、周期性挤压力等等,传统的定子橡胶已临近其性能极限。本文主要讨论纳米CaCO3和PVC树脂对丁腈橡胶的改性效果,综合提高丁腈橡胶的强度、耐油、耐磨等性能,通过改性使得丁腈橡胶能够满足采油螺杆泵定子材料的性能要求。实验表明:PVC树脂及CaCO3均能提高丁腈橡胶的硬度、强度、塑性和耐油性能,它们的共用对橡胶增强效果显著,纳米CaCO3对丁腈橡胶在强度及耐油性方面的改性更加显著,而在耐磨性方面的提高不及PVC树脂。

革除或减少增塑剂的敏感膜离子选择电极

基于国内外最新研究工作,系统总结了离子选择电极膜中革除或减少外增塑剂的新膜基体,包括丙烯酸酯类聚合物、羟基功能化的乙烯基树脂、聚氨酯、硅橡胶以及导电聚合物,对其物理化学性能以及传感器检测等进行了全面归纳与讨论.指出该类革除外增塑剂的传感膜不仅避免了增塑剂的泄漏及其对生物样品的污染,而且较传统增塑聚氯乙烯(PVC)膜扩散系数降低了约3个数量级,有利于抑制过膜离子流,使其检测下限较传统增塑PVC下降了5个数量级,且选择系数也有不同程度的改善.另外,该类传感膜材料由于与固体支撑材料间优良的粘附性保证了电极的使用寿命,特别是在微型化固态电极中.以这类传感膜构建的电位型离子传感器将以其独特的优势在环境监测、食品卫生,尤其是在医疗诊断、生物物质检测中展示出不可替代的作用.

环磷腈基无卤阻燃环氧树脂的合成及其性能

以六氯环三磷腈、对羟基苯甲醛和环氧氯丙烷为原料合成了一种环磷腈基环氧树脂(PNEP),利用核磁(NMR)及傅里叶红外光谱(FTIR)对其结构进行了表征。以PNEP为基体,分别用4,4'-二氨基二苯甲烷(DDM)与4,4'-二氨基二苯砜(DDS)为固化剂制备了两种环氧树脂固化物材料——DDM-PNEP和DDS-PNEP。通过极限氧指数(LOI)与热重分析(TGA)测试了材料的阻燃性能、热稳定性及成炭性能,并利用扫描电镜(SEM)对燃烧后残炭的形貌进行了表征。结果表明,制备的DDM-PNEP固化物具有更优异的阻燃性能,LOI可达27.1%;PNEP固化物初始热降解温度较低,DDM-PNEP为152℃,DDS-PNEP为159℃;主要热降解过程分两个阶段:DDM-PNEP为152~320℃和370~505℃两个阶段,DDS-PNEP为159~355℃和358~552℃两个阶段;DDMPNEP具有更好的成炭效果,600℃时残炭率为54.71%;SEM扫描测试结果表明,DDM-PNEP燃烧时形成的炭层致密均匀,能够起到良好的阻燃作用。

EVA对PMVS橡胶的增强改性

采用机械共混法制备了乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)增强甲基乙烯基硅橡胶(PMVS),并对影响PMVS/EVA共混物力学性能的因素及体系的微观结构、热稳定性能进行了表征与分析。结果表明,当EVA用量相同时,醋酸乙烯酯(VA)质量分数对PMVS的力学性能有影响,其中,EVA630(VA质量分数为15%)最能有效地改善PMVS的强度;随着EVA630用量的增加,PMVS/EVA共混物的拉伸强度先降后升,当EVA用量为40份时,共混物的力学性能最佳;当EVA用量为40份时,共混物的热稳定性能较好,SEM照片显示其微观形貌为双连续相结构。

超细全硫化羧基丁腈粉末橡胶增韧环氧树脂研究进展

超细全硫化羧基丁腈粉末橡胶(VP-501)是通过辐射交联和喷雾干燥技术制备的一种由粒径约90 nm的初级橡胶粒子聚集而成的次级粒子。在强剪切作用下,VP-501能在环氧树脂中以初级橡胶粒子形式均匀分散,并通过表面羧基和腈基与环氧基的反应提高了橡胶相与环氧树脂基体间的相互作用,使改性环氧树脂的韧性和耐热性同时提高。介绍了VP-501在环氧树脂中的分散能力,综述了它对不同环氧树脂固化体系韧性和耐热性的影响,并对改性机理进行了探讨,最后对改性环氧树脂今后的研究方向提出了展望。