基于酯交换的生物基Vitrimer材料制备及性能

以异甘露糖醇(IMT)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1,4-丁二醇(BDO)、丙三醇(GI)为原料,设计合成了生物基Vitrimer材料IMT-COO。通过傅里叶变换红外光谱和X射线衍射对其结构进行了表征;通过热重分析、差示扫描量热分析、应力-应变曲线、动态力学热分析(DMA)探究了IMT-COO材料热稳定性、玻璃转变温度、力学性能及储能模量。结果表明,IMT-COO具有良好热稳定性及力学强度,热分解温度达256℃,应力为1.24 MPa、应变为140%。DMA结果表明,IMT-COO的储能模量最高达2671 MPa。IMT-COO的自愈合试验表明在自愈前后,各项性能无明显降低。

Vitrimer材料的研究现状与展望

Vitrimer材料在高温下可进行再加工,通过可逆的交换反应进行材料内部网络拓扑结构的重排,释放材料内部应力,并且具有优于热塑性材料的力学性能、耐热性能、耐腐蚀性能等特点。主要介绍了Vitrimer材料的研究背景和特性;讨论和对比了以结合键类型为基础的分类反应机理;阐述了近几年Vitrimer材料的研究进展;以及对Vitrimer材料的应用前景作出展望,以期能够为Vitrimer材料的研究提供新的研究思路和研究方向。

聚烯烃Vitrimer材料的设计、合成和性能

当前,为了实现资源的可持续发展和对环境的保护,塑料橡胶制品的回收和再利用是工业界和科研领域十分关注的课题。Vitrimer材料能够在维持交联结构稳定的同时实现网络拓扑结构的重排,将灵活的共价交联网络属性、强健的力学和热力学性能与优异的重复加工性相统一,将分子水平重构及宏观水平重塑的能力结合起来,成为区别于常规热固性材料和热塑性材料的第三类新兴聚合物类型。这种新兴的Vitrimer材料的设计为传统的塑料橡胶制品的回收和再利用开辟了一条新的途径。本文综述了基于工业上广泛应用的聚烯烃材料转化为Vitrimer材料的设计方法,详细介绍了广泛应用的动态β-羟基酯键交换(有机网络酯交换和纳米界面酯交换)和动态B-O键交换(硼酸酯和二醇或酯基的动态酯交换反应、硼酸酯复分解反应和环硼氧烷复分解反应)的动态交换机理及其在设计聚烯烃基Vitrimer材料上的应用,最后对聚烯烃基Vitrimer材料存在的问题进行了分析并对未来研究发展方向进行了展望。

二胺结构对聚亚胺vitrimer材料性能的影响

利用对苯二甲醛和三(2-氨基乙基)胺分别与己二胺、1,4-二氨基环己烷、对苯二胺和间苯二胺发生席夫碱反应制备了PTI–H,PTI–CH,PTI–pP和PTI–mP四种聚亚胺vitrimer材料,并通过傅里叶变换红外光谱对其结构进行了表征。通过拉伸测试和动态热机械分析测试研究了二胺结构对聚亚胺vitrimer材料物理力学性能的影响。结果表明,具有刚性结构、较高交联密度的PTI–CH和PTI–mP展现出高的拉伸强度(≥55 MPa)、储能模量(>1.8 GPa)和低断裂伸长率(≤36%);具有刚性苯环结构但交联密度较低的PTI–pP具有最高的断裂伸长率(55.9%)和低的拉伸强度(38 MPa)、储能模量(1.77 GPa);具有柔性脂肪链结构、较低交联密度的PTI–H显示最低的拉伸强度(30.9 MPa)、储能模量(1.68 GPa)和较高的断裂伸长率(51.2%)。四种聚亚胺材料在玻璃化转变温度方面的排序为PTI–CH(86℃)>PTI–mP(84℃)>PTI–H(67℃)>PTI–pP(63.8℃)。四种聚亚胺材料在较低温度(120℃)下可重塑,经过两次重塑后,PTI–H的拉伸强度无明显降低,PTI–CH,PTI–pP和PTI–mP的拉伸强度有所提高,但四种材料的断裂伸长率均下降。

Vitrimer材料的制备及性能研究进展

Vitrimer材料是一种含动态交联网络的高分子聚合物,在高温条件下,快速的动态交换反应使网络的拓扑结构发生改变和重排,从而使材料具有黏弹性和"流动性";并在保持材料化学结构和性能完整的情况下具有可塑性和可再加工性能。文中重点从酯交换反应、转酰胺反应、二硫化物重排反应和烷基转移反应等可逆交换反应类型论述了近年来国内外Vitrimer材料最新研究进展,对材料的动态可逆机理及性能特征进行了分析和对比,并对未来研究发展趋势进行了展望。

基于酯交换和纤维素基Vitrimer材料的制备与性能研究

以邻苯二甲酸醋酸纤维素(CAP)为基体、丁二酸酐(SA)为助剂、双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)为固化剂制备了纤维素基可重塑Vitrimer材料CAP-SA-DGEBA,并优化了反应条件。采用FT-IR、凝胶分数测试(Gf)、DSC、SRA、TGA等对CAP-SA-DGEBA进行了表征,结果表明,体系内部形成了共价交联网络,CAP-SA-DGEBA凝胶分数可达71.4%,材料的玻璃化转变温度为44℃,应力松弛时间随温度升高而快速降低,较CAP的热分解温度提高了121℃。对材料进行重塑形发现,材料具备可重塑性能,重塑后依然保持良好的机械性能。

生物基vitrimer材料研究进展

介绍了类玻璃高分子(vitrimer)材料的发展史、拓扑冻结转变温度,对基于酯交换、烷基转移和转氨基化的vitrimer动态机理和基于木质素、植物油、纤维素和香草醛的生物基vitrimer的研究进行了概述,并对生物基vitrimer材料进行了展望。

生物基vitrimer材料研究进展

介绍了生物基vitrimer材料的发展、特点、性能以及应用,对生物基vitrimer材料的研究现状进行了概述,涉及了植物油基、木质素基、天然橡胶基、纤维素基vitrimer材料的研究进展,并对生物基vitrimer材料的发展前景进行了展望。指出vitrimer材料既具有热塑性材料可重塑的特点,也具有热固性材料体型网络结构的优势,有望替代传统塑料。现研究的vitrimer材料原料多源于化石资源,在化石资源日益短缺的今天,寻找可替代的更为环保的原料制备vitrimer材料成为一个发展趋势。

碳纤维增强Vitrimer环氧树脂复合材料层间修复与热塑成型行为

研究了新型碳纤维增强Vitrimer环氧树脂复合材料(V-CFRP)的层间修复性能和热塑成型工艺,并分析了热压修复与热塑成型机理。结果表明:新型Vitrimer环氧树脂的玻璃化转变温度(T_(g))为92.8℃,其高于T_(g)温度下表现出显著的应力松弛行为,应力松弛时间与温度呈现线性关系;采用三点弯曲实验研究了V-CFRP复合材料的热压修复行为与热塑成型能力,热压修复研究发现在180~220℃,5 MPa条件下热压1.5~2.0 h可实现复合材料层间破坏近乎100%的修复;热压成型研究表明,V-CFRP复合材料在180~220℃预加热5~30 min,其弯曲模量和弯曲强度下降超过80%,弯曲模量的大幅下降意味着V-CFRP适于热压再成型;并采用模塑热压方法,在200℃,5 MPa和2 h热压条件下,实现了V-CFRP板材热塑成型制备具有三维特征的结构件,证明了V-CFRP复合材料的热压模塑成型能力。

二氧化硅填料对环氧Vitrimer动态性能的影响

将SiO_(2)颗粒引入动态环氧类玻璃高分子(Vitrimer)网络中,制备了具有可控动态性能的环氧Vitrimer。结果表明:填料含量的增加对环氧Vitrimer的基础性能负面影响小,但环氧Vitrimer的特征弛豫时间(τ)、活化能(Ea)、Arrhenius指前因子(τ0)和拓扑冻结转变温度(Tv)等典型动力学参数都可以很容易地通过填料的含量来调整。SiO_(2)的引入使环氧Vitrimer性能可控,能够按需实现材料的再加工成型。

生物基Vitrimer高分子材料的研究进展

传统高分子材料分为热塑性材料和热固性材料,热塑性材料可二次加工但刚性不足,热固性材料虽刚性大但回收困难。类玻璃高分子(Vitrimer)材料则介于热塑性材料与热固性材料之间,是一种具有高交联密度网络、可进行二次加工的材料。根据Vitrimer的网络交换机理重点介绍了生物基类玻璃高分子的发展史和研究进展,对基于不同共价键的生物Vitrimer进行了详细介绍:动态酯交换反应的条件相对温和,反应速度快,反应原料广泛,但材料力学性能和可逆性较差;动态二硫键交换的可逆性与可控性更好,且反应对外界酸碱环境要求并不苛刻,然而反应底物一般具有毒性和刺激性气味;动态亚氨键交换可使得材料具有良好的机械性能和耐久性,生物相容性较好,但反应条件与原材料选择相对单一。综述了生物基Vitrimer材料的应用与优势,动态共价键的引入弥补了传统3D打印材料刚性不足和功能单一的缺点,增强了碳纤维复合材料的综合性能,提高了弹性体材料的使用寿命及自我修复效率。并对未来发展前景做出了展望。

功能材料领域研究生多学科交叉融合培养探索与实践

面向高质量的资源保障和人民群众的美好生态环境需要,积极探索新时代功能材料领域研究生的培养模式,向社会输送大批具有家国情怀、多学科交叉融合、能解决重大问题的创新人才显得尤为重要。通过将思想政治工作贯穿教育全过程,树立材料学科自信,实现“立鸿鹄志、做奋斗者”的价值塑造;强化矿物资源、环境、材料等多学科交叉,以及科教、产教融合,实现“人才培养链”与“科研创新链”双链合一;以重点科研项目为载体,引领研究生全程实践,提高科研综合素质;着重培养学生的创新精神、创新能力、实践能力,全力培养学术创新精英和产业创新领袖,形成多学科交叉融合培养功能材料领域研究生的模式。该培养模式已经取得良好的人才培育效果。

“互联网+”背景下材料学科大学生创新创业教育模式探究

在“互联网+”的新时代背景下,随着国民经济结构的升级换代和产业结构的不断优化,高校肩负着培养创新创业型优秀人才的重任,要加强创新创业教育改革,培养学生的创新创业意识,提高创新创业能力。目前高校创新创业教育实践中尚存在创业扶持政策不完善、高校创新创业教育体系待优化、大学生综合创新能力不足等问题,该文以材料学科为背景提出进一步加大创新创业政策扶持力度、强化政策宣传与落实力度、加强创新创业师资队伍建设、构建学科支撑的创新创业课程体系、搭建大学生产教融合创新创业平台等解决策略,通过高校、社会、政府三方协同构建大学生创新创业教育新模式,促进大学生创新创业教育更好更快地发展。

纳米碳/铝复合材料强韧化研究现状及展望

以碳纳米管、石墨烯为代表的超高性能纳米碳,具有优越的力、热、电等综合性能,是复合材料的理想增强体,以纳米碳为强化相少量加入到铝中,有望开发出高强、高模、低热膨胀的复合材料,并使复合材料保持轻质、易加工等特性,在航空、航天、国防等领域具有重大的应用前景,因而以纳米碳/铝为代表的新一代铝基复合材料备受关注。然而,碳纳米管等纳米碳易团聚,与铝等大多数金属并不浸润,且容易分布在晶界上诱导显著的晶粒细化,使得复合材料的强韧性等关键性能指标提升困难,或者使强度提高的同时使塑韧性下降显著,限制了其工程应用潜力。综述近年来国内外研究者在纳米碳/铝复合材料强韧化方面的策略和方法,包括纳米碳分散、界面和构型调控等,以期推动新一代轻质高强纳米碳/铝复合材料的发展,支撑国家未来重大工程应用。

增强体表面改性在高导热金属基复合材料中的应用

随着电子技术的高速发展和电子器件的更新换代,电子封装材料的性能需求越来越高。金属基复合材料,尤其是铝基和铜基复合材料具有高导热、低膨胀、高稳定性等特点,是具有广阔应用前景的电子封装材料。然而,金刚石、石墨烯、硅等增强体与基体的润湿性差,或者在高温下与基体发生有害的界面反应,限制了此类高导热金属基复合材料的开发和应用。本文简述了金属基复合材料的界面研究进展,结合影响金属基复合材料界面结合的因素,提出了几种改善界面结合的方法。增强体表面改性是改善金属基复合材料界面的重要途径之一,常用工艺有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、化学镀法等;最后,对增强体表面改性在高热导金属基复合材料中的应用进行分析和展望。

火山灰质材料的火山灰活性检测方法综述

本文将火山灰质材料的火山灰活性检测方法分为直接法和间接法两大类。其中,直接法包括石灰吸收值法,火山灰反应程度评定法和酸、碱溶出度法;而间接法包括物理性能法,水化反应放热量法和物理、化学特征参数法。为正确指导火山灰活性检测方法的应用,本文详细介绍并比较了各检测方法的原理和特点。笔者认为,直接法可直接测定出火山灰质材料与Ca(OH)2反应的程度,但其操作和分析过程相对复杂;间接法可通过测定火山灰质材料对体系物化性能的影响或材料自身的物理、化学特征参数来评价其火山灰活性。本文从材料科学的角度厘清了各检测方法的适用对象,认为应根据不同的火山灰质材料的特性选择与其相适应的火山灰活性检测方法。

玻璃纤维改性煤基固废胶结充填材料性能研究

基于煤矸石、粉煤灰等煤基固废再生资源利用和胶结充填材料性能优化问题,研究了玻璃纤维掺量、长度和养护龄期对煤基固废胶结材料输送性能和力学性能的影响规律,探讨了玻璃纤维增强机理。实验结果表明:玻璃纤维改性煤基固废胶结材料坍落度随纤维长度和掺量的增大而减小,但均大于200 mm,满足输送性能要求;抗压强度和抗拉强度随纤维长度的增大呈先增高后降低,随纤维掺量的增加而增高的变化规律;当玻璃纤维长度为6 mm、掺量为0.3%时,质量分数为79%的煤基固废胶结材料的综合性能最佳;玻璃纤维改性煤基固废胶结材料水化反应后,生成的针状和团状产物填充了材料细小裂隙且附着于纤维表面,能够有效提高材料的力学性能。

兰炭灰固碳对复合相变储热材料性能的影响

为推动“双碳”战略,促进工业固废兰炭灰的低成本消纳,开发新型绿色低碳复合材料,提出在已有的兰炭灰/硝酸钠复合相变储热材料基础上,利用兰炭灰进行碳捕捉。对固碳前、后兰炭灰及复合相变储热材料的性能进行研究。结果表明:兰炭灰碳捕集的最佳条件为气体组分20%CO_(2)/80%N_(2)、通气时间40 min、加热温度650℃;在最佳实验条件下,兰炭灰的固碳率达到29.27%,所制得的复合相变储热材料固碳兰炭灰/NaNO_(3)的最佳质量比为5:5,在100~380℃储热密度达到288.65 J/g,拥有更好的机械性能、热稳定性及化学相容性。固碳兰炭灰作为骨架材料制备复合相变储热材料具有较好的可行性,为工业固废兰炭灰的资源化利用和碳排放处理提供了新的途径。

调控聚氨酯发泡材料中的热分布控制高温体积收缩和泡孔结构

为解决在烤漆等高温环境下,车内发泡材料因体积收缩(空隙)而导致的阻隔、缓震作用失效及行驶风噪等问题,以高导热铜粉为改性填料、软质和硬质聚氨酯发泡材料为基体,制备并研究了不同的聚氨酯/铜粉复合材料。结果发现:铜粉含量不仅能有效控制发泡材料在高温下体积收缩现象,且泡孔尺寸和发泡密度也能得到提高;当铜粉含量达到4 wt.%时,软质和硬质聚氨酯发泡材料的体积收缩率分别降低为6.56%和1.77%,发泡密度分别达到0.106 g/cm^(3)和0.171 g/cm^(3),发泡材料的吸水率降低50%左右。因此,添加铜粉后的聚氨酯发泡材料具有防潮和低体积收缩特性。

五氧化二钒/碳纳米复合材料在超级电容器中的应用

五氧化二钒(V2O5)作为一种有广阔前景的电极材料,具有储量丰富、无毒、高电容电位等优点,通过V2O5纳米化、复合化等策略可实现材料性能的最优化。本文综述了V2O5/C纳米复合材料在超级电容器储能器件领域的最新研究进展,总结了V2O5/C纳米复合材料的制备方法及其对形貌和电化学性能的影响规律,讨论了组分优化、增加有效比表面积、杂原子掺杂、构建三元纳米复合材料等电化学性能提升策略。V2O5/C纳米复合材料以其独特的结构及优异的效能克服了单一电极材料的局限性,具有较强的实际应用潜力。最后,提出了V2O5/C电极材料在性能提升、机理探索和规模化生产等方面面临的问题,对电化学储能技术的未来发展趋势做出了展望,即开发高性能、智能化的新型复合材料及储能器件,为构建高效、安全的电化学储能体系提供理论和实践支持。