无机填料增强增韧聚乳酸基生物可降解材料的研究进展

聚乳酸(PLA)基生物可降解材料由于其良好的力学性能、环境友好性及易回收性,受到了科学界和工业界的广泛关注。但是聚乳酸本身脆性较大,在实际使用过程中需要对其进行适当改性,从而达到改善性能并降低成本的目的。无机填料具有来源广泛、可降解性及耐热性等优点,被广泛用于PLA基生物可降解材料的增强增韧改性。从无机填料的种类和特点出发,综述了滑石粉(Talc)、碳酸钙(CaCO3)、蒙脱土(MMT)、二氧化硅(SiO2)等市场上常用的无机填料增强增韧PLA基生物可降解材料的研究进展,总结了各种无机填料的改性方法和作用机理。同时分析了无机填料在聚乳酸基生物可降解材料增强增韧研究中存在的问题,并对今后的研究方向进行了展望。

电缆绝缘用聚丙烯/弹性体复合材料的高温介电性能

为研究弹性体含量对聚丙烯(PP)不同温度下介电性能的影响,制备了不同聚烯烃弹性体(POE)含量的试样,并通过添加β成核剂的方式对聚丙烯晶型进行调控,以优化聚丙烯/弹性体复合体系的高温介电性能。试验结果表明,相较于POE体系,POE/成核剂体系的柔韧性和高温力学的稳定性提高,高温交流击穿强度也明显改善,90℃时,POE40-β的交流击穿强度比POE40高11.4%。此外,β成核剂的引入抑制了POE体系高温低频下相对介电常数的上升现象,并大大降低了高温下的损耗,90℃时,工频下的介质损耗因数从10^(-2)降到10^(-3),下降了一个数量级。研究结果表明,β成核剂的添加不仅可以改善聚丙烯/弹性体复合体系的力学性能和高温击穿强度,还提高了聚丙烯和弹性体的相容性,削弱了界面极化的作用,使其表现出更为优异的介电性能。

基于聚二甲基硅氧烷弹性体的摩擦电纳米发电机的研究进展

随着全球气候变化与环境污染问题日益严峻,可再生能源技术越来越受到关注。摩擦电纳米发电机(TENGs)可以将机械能转为电能,是重要的能量收集技术之一。TENG由于成本低、效率高且输出功率大,被广泛用于微纳电源、自供电传感器、大规模海洋能量收集和高压直接电源等领域。TENG的输出性能主要取决于摩擦电材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于具有良好的柔韧性、生物相容性及负极性是优异的负摩擦电材料。文中综述了PDMS作为负摩擦电材料的优势,探讨了PDMS的物理改性或化学改性对TENG性能的影响,并深入分析了PDMS基TENG的应用及存在的问题。

环氧树脂增韧改性的研究进展

环氧树脂(EP)因具有优异的黏接性能和机械硬度常被作为胶黏剂使用,但是EP存在的韧性不足,限制了EP更广泛的应用,所以对EP进行增韧改性十分重要。本文从橡胶增韧EP、热塑性树脂增韧EP、热致液晶聚合物增韧EP、超支化聚合物增韧EP和柔性链固化剂增韧EP五个方面综述了EP增韧改性的最新研究进展。

PET材料改性及加工应用

为了提高聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate,PET)材料的性能,课题组采用熔融共混法向PET中添加接枝弹性体POE-g-GMA,通过考察测试了不同添加量的接枝弹性体对PET材料结构与性能的影响。研究结果表明:随着接枝弹性体POE-g-GMA体积分数的增大使材料的冲击强度先增大后降低、拉伸性能略有下降。有限元分析验证了改性后PET材料的承压性能没有表现出明显的下降。

iPP/nano-CaCO3/PP-g-GMA复合材料的制备与性能

以等规聚丙烯(iPP)、纳米碳酸钙(nano-CaCO_(3))和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝改性抗冲共聚聚丙烯(PP-g-GMA)为原料,通过熔融共混法制备了iPP/nano-CaCO_(3)/PP-g-GMA复合材料。研究了PP-g-GMA对iPP/nano-CaCO_(3)/PP-g-GMA复合材料力学性能、结晶行为和微观结构的影响,并分析了其增韧机理。结果表明:PP-g-GMA和nano-CaCO_(3)具有协同增韧作用,当两者用量均为40.0质量份时,iPP/nano-CaCO_(3)/PP-g-GMA复合材料23℃时的冲击强度约为纯iPP的6.9倍。PP-g-GMA和nano-CaCO_(3)均具有成核作用,促使基体球晶细化。PP-g-GMA中的橡胶相以球形海岛形式分散在iPP中,起到增韧作用。

生物可降解高分子材料增韧共混改性研究进展

目的综述国内外生物可降解塑料共混改性的常用策略,为高品质生物可降解塑料的工业化开发提供思路与理论方法。方法共混改性是高分子材料改性的常用策略,因其具有高效、经济的特点而被广泛采用,本文针对生物可降解高分子材料增韧共混改性策略,选取聚乳酸(PLA)、对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)作为对象,对增韧共混改性研究现状进行归纳、总结和分析,同时对比各自的增韧改性效果及优点和不足。结论以生物可降解塑料取代不可降解塑料可以在很大程度上缓解当前的环境污染问题,在未来地膜和包覆材料中具有广阔的应用前景。

高强韧可重构C―N键交联弹性体的制备与性能

首先以双(甲苯磺酰氧基)丙烷(BTP)为交联剂使丁苯吡橡胶(VPR)交联,生成基于对甲苯磺酸吡啶鎓盐的C―N键交联丁苯吡橡胶(VPR-BTP),然后引入铜离子(Cu2+),制得基于C―N键和Cu2+-吡啶配位键的双重动态键交联弹性体VPR-BTP-Cu。通过红外光谱、X射线光电子能谱仪、动态热机械分析仪、透射电镜等研究了Cu2+含量对VPR-BTP-Cu的结构与性能的影响。结果表明:BTP能够有效交联VPR,VPR-BTP-Cu具有良好的重构能力;同时,Cu2+的引入大幅提高了VPR-BTP的力学性能;当Cu2+的质量分数为9%时,VPR-BRP-Cu的强度和韧性分别比VPR-BTP提高了6.6和6.3倍。此外,VPR-BTP-Cu表现出可重构形状记忆功能。

端羧基丁腈橡胶增韧改性酚醛树脂的化学结构及胶合性能

酚醛(PF)树脂胶合强度高、耐水(湿)耐候性强、阻燃性能较好,但固化后的PF树脂呈现出高聚合度三维网络结构,脆性较高、韧性不足,胶层在外力特别是冲击载荷作用下易于产生裂纹并迅速扩展,导致胶层开裂甚至失效。针对PF树脂胶黏剂固化后脆性大、韧性差的不足,探究引入端羧基丁腈橡胶(CTBN)对其增韧改性(添加量5%~25%)后试制杨木胶合板。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、固体核磁等方法分析表明,CTBN柔性链段不仅有效嵌入PF树脂固化体,而且通过活性端基(—COOH)与PF树脂羟甲基发生接枝反应。纳米压痕测试结果表明,随着CTBN添加量的增加,PF树脂固化体的硬度和杨氏模量均出现下降趋势,表明改性PF树脂固化体具有良好的韧性。胶合强度结果表明,当CTBN添加量为15%时,干胶合强度提升幅度最大,达到了110.5%;当CTBN添加量为5%时,湿胶合强度提升幅度最大,达到了48.33%。数字散斑结果表明,CTBN的加入有效减少了杨木胶合板受到外力作用时胶层应力集中的现象。研究结果证实了CTBN增韧PF树脂并提高木材胶合性能的理论和技术可行性。

物理增韧聚丙烯的研究进展

聚丙烯(PP)是一种热塑性材料,具有化学稳定性好、力学性能优良、无毒、轻质和易于加工等优点,被广泛应用于建材、汽车、航天航空和生物医药等领域。然而,纯PP的韧性较差,极大地限制了其发展与应用,研究人员一直在探索PP的增韧改性方法。主要论述了当前物理增韧改性PP的研究进展,并对未来增韧改性PP的研究方向进行展望。

硬质PVC塑料低温增韧改性研究进展

介绍了聚氯乙烯(PVC)的增韧机理,综述了不同类型增韧剂对硬质PVC的低温增韧研究进展,重点介绍了聚碳酸酯-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物,并展望了其未来发展趋势。

线性单体对热致形状记忆环氧树脂的改性

针对航天用纤维增强形状记忆复合材料对基体韧性、耐热性和成型工艺性等方面的要求,采用癸二酸(SA),超支化聚酯(HBP)和聚醚多元醇缩水甘油醚(PPGE)等线性单体对形状记忆环氧树脂(SME)进行了改性研究。研究表明,使用SA将长脂肪链引入SME的改性效果最佳。相对于空白对照组,树脂的形状记忆回复时间缩短48.1%;赋形温度下的储能模量降低98.76%;室温下拉伸强度提高24.1%,拉伸弹性模量仅降低13.7%,断裂伸长率提高121.3%。少量添加HBP可以改善分子的网状结构,但HBP过量时,分子链段则重新向线性转变。加入HBP虽可改善树脂室温下的力学性能,但也导致赋形温度下的较高刚度。PPGE虽可加长柔性链段,但会降低体系的反应速率,改性效果较差。此外,SA改性可以有效延长体系的工艺窗口时间,HBP反之,PPGE则对工艺性影响较小。

环氧大豆油反应增容对PLA/TPU共混物性能的影响

以热塑性聚氨酯(TPU)为增韧剂、环氧大豆油(ESO)为反应型相容剂,采用熔融共混制备了PLA/TPU/ESO复合材料,研究了ESO的含量对复合材料性能的影响。利用傅里叶红外光谱分析(FTIR)、力学性能测试、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析(TGA)、动态力学性能分析(DMTA)、扫描电子显微镜(SEM)进行测试,结果表明,加入ESO后,PLA/TPU共混物的力学性能显著提升,其中,84PLA/10TPU/6ESO复合材料的综合性能最佳,与纯PLA相比,其断裂伸长率和冲击强度分别提升了32倍和8倍,拉伸强度下降了20%,但是,韧性较高,这是由于,ESO与PLA/TPU发生反应,形成PLA-g-TPU共聚物,充当PLA和TPU界面之间的桥梁,提高了PLA与TPU的相容性。

金属有机框架填充SEBS弹性体的力学性能

采用金属有机框架材料CuBTC以及不同氨基负载量的NH 2-CuBTC作为填料,将其以不同比例填充到不同牌号的氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SEBS)热塑性弹性体中,对共混膜的力学性能进行研究。结果表明,适量的CuBTC会使SEBS热塑性弹性体的拉伸强度、断裂伸长率、硬度以及储能模量同时提升;其中NH 2-CuBTC在提高SEBS热塑性弹性体的性能方面具有更大的优势。当SEBS牌号为1654时,填充3%(质量分数)CuBTC-N2,拉伸强度由24.6 MPa提升至36.6 MPa,断裂伸长率由643%提升至725%;当SEBS牌号为1901时,填充3%CuBTC-N2,拉伸强度由26.5 MPa提升至32.1 MPa,断裂伸长率由512%提升至561%。

热塑性弹性体合成与改性的研究进展

热塑性弹性体(TPE)是一种既具有热塑性塑料的可加工性、又具有硫化橡胶弹性的优质聚合物材料。本文综述了四类TPE(苯乙烯类热塑性弹性体SBC、热塑性聚氨酯弹性体TPU、热塑性聚酯弹性体TPEE和动态硫化热塑性弹性体TPV)合成与改性的研究进展,并介绍了新型TPE材料。

基于线性尼龙共混改性的半芳香尼龙复合材料性能研究

聚对苯二甲酰癸二胺(PA10T)是一种新型的半芳香族尼龙材料,具有良好的物理机械性能和耐热性能,但加工性和韧性较差。通过与含量不同的聚癸二酰己二胺PA610共混能够有效改善其加工流动性,并且采用一定量的聚烯烃弹性体还能进一步对PA10T起到良好的增韧改性作用。结果表明,采用质量比为70:30的PA10T与PA610共混,能够使其短纤维增强,复合材料注塑产品获得良好的力学性能、耐冲击性能、较低的吸水性和热膨胀系数,更加适合用于制造需要在高温条件下使用的抗冲击聚合物基复合材料制品。

原位改性浇铸尼龙6复合材料的合成与表征

为了提高单体浇铸尼龙6(MCPA6)的综合性能,在MCPA6合成体系中添加乙烯-辛烯共聚物(POE)、聚氨酯包覆空心玻璃微珠(TPU@HGM)进行原位改性,制备了MCPA6/POE和MCPA6/POE/TPU@HGM复合材料,研究POE及POE/TPU@HGM对材料结构和性能的影响。傅里叶变换红外光谱表征结果显示合成的聚合物为MCPA6。力学性能测试结果表明,POE加入可提高材料的断裂伸长率和缺口冲击强度,但会降低拉伸强度;MCPA6/POE/TPU@HGM复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、缺口冲击强度与纯MCPA6相比分别提高了32.23%,110.07%,114.36%,实现了增强增韧的效果。POE和TPU@HGM的加入提高了复合材料分解温度和残炭率,热稳定性提高。此外,POE和TPU@HGM对复合材料中MCPA6的结晶有阻碍作用,使MCPA6的结晶温度降低、结晶速度减慢、结晶结构不完善、熔点降低。

不同类型弹性体改性聚丙烯的结构与性能

针对多相共聚聚丙烯在应用中出现的韧性不足、刚性偏高、橡胶尺寸分布偏大等问题,采用弹性体对其进行改性,研究弹性体类型对聚丙烯性能及微观结构的影响。结果表明:不同类型弹性体对聚丙烯的性能影响不同,乙烯-1-辛烯共聚物(POE)可以明显改善聚丙烯低温韧性,但是对刚性的降低程度不如丙烯-乙烯共聚物(POP);POP可大幅降低聚丙烯刚性,但对其低温韧性改善不明显;聚丙烯热塑性弹性体对聚丙烯性能影响最小;将POE与POP复合改性聚丙烯,可以有效改善聚丙烯的性能。

丁腈橡胶增韧改性花生壳液化树脂泡沫的制备及性能研究

通过丁腈橡胶的添加对花生壳液化树脂泡沫进行增韧改性,采用旋转流变仪、红外光谱仪、扫描电子显微镜、热重分析仪对改性物进行了分析表征,研究了丁腈橡胶添加量对泡沫材料粉化率、冲击韧性、压缩强度等的影响。结果表明:丁腈橡胶的添加可以增强树脂的韧性;丁腈橡胶与花生壳液化树脂共混体系的流动性较好;丁腈橡胶改性后泡沫出现部分开孔结构,闭孔率明显降低,泡沫的孔径变小且分布更加均匀;改性泡沫未出现新的特征峰,增韧机理表现为物理增韧,即通过引入丁腈橡胶在泡沫中形成弹性相来提高韧性,达到增韧的效果;丁腈橡胶添加量为4%时,改性后的泡沫综合性能最佳。此时,泡沫的粉化率降低了54.86%,冲击韧性提高了31.02%,压缩强度提高了20.74%,表观密度提高了17.10%,隔声性能提高了28.95%,残碳率达到57%以上。

直流和方波电压下有机半导电小分子/硅弹性体纳米复合材料的高温空间电荷特性

为了研究硅弹性体(SE)在直流和不同频率方波电压下的150℃高温空间电荷特性,并且抑制其在高温高电场下的空间电荷注入和积聚,该文通过纳米笼型倍半硅氧烷(POSS)接枝和有机半导电小分子(NTCDA)掺杂制备了NTCDA/SE纳米复合材料,研究了纯SE及其复合材料在不同电压类型、频率、温度和电场强度下的空间电荷特性,对材料进行了微观形貌表征以及热重分析,结合量子化学计算探究了高温和高频电场下材料的电荷输运机制。结果表明:在150℃和20 kV/mm直流或方波电场下,纯SE的体内和电极附近均存在大量负极性电荷积聚,导致阳极附近电场严重畸变;而复合材料的阴极附近仅存在少量负极性电荷积聚,整体电场分布较为均匀且略高于外施电场,其平均电荷密度和注入深度相比于纯SE分别降低一半和一个数量级;负极性电荷的注入深度和积聚量随着温度或外施电场强度的增大而增加,但随着方波频率的升高而减小;纳米POSS接枝产生了纳米结构,提升了复合材料的热稳定性,强化了高温下的分子结构,高电子亲和能的NTCDA掺杂引入了更多且更深的电子陷阱,提升了电极/聚合物界面的电子捕获能力,减小了视在迁移率,POSS和NTCDA共同阻碍了电子在高温高电场下的注入、迁移和积聚。