预处理方法对定向有机玻璃表面性能及黏结强度影响

为研究不同表面预处理方法对定向有机玻璃表面性能以及与热塑性聚氨酯(TPU)间黏结强度的影响规律及机理,使用AFM、FTIR和接触角测量仪测定酸处理、等离子处理和过渡层处理后定向有机玻璃的表面化学组成、粗糙度与表面接触角,并使用90°剥离实验测试预处理前后定向有机玻璃与TPU之间的黏结强度。结果表明:酸处理和等离子处理后定向有机玻璃表面粗糙度和表面极性增加,同时表面润湿性能得到改善,使黏结强度分别上升了14%和22%;而过渡层预处理提高了基材与TPU的化学相容性,处理后定向有机玻璃表面极性与TPU相近,降低了界面张力,明显改善界面黏结性能,黏结强度由4.44 kN/m上升至23.61 kN/m。

熔体温度对注射成型热塑性聚氨酯制件残余应力及外形精度的影响

采用光学双折射法研究注射成型过程中熔体温度对透明热塑性聚氨酯(TPU)弹性体平板制件残余应力的影响规律和作用机理。结果表明,TPU制件在近浇口区域的残余应力大于远浇口区域,整体残余应力随熔体温度上升而下降。通过对平行于熔体流动方向和垂直于熔体流动方向上的制件截面进行双折射测量发现,注射成型TPU制件具有明显的皮-芯结构和零应力层,且随熔体温度升高芯层厚度显著增加。残余应力分析结果表明在制件的芯层以流动残余应力为主,而皮层区域是流动残余应力和热残余应力叠加的结果。此外,制件的翘曲变形与残余应力的分布直接相关,TPU制件尺寸的改变主要是由于流动残余应力释放引起的。

潜水器观察窗用有机玻璃的损伤与破坏行为

潜水器观察窗是深海载人潜水器的唯一非金属结构部件,研究该观察窗用有机玻璃材料的损伤破坏行为以及抗裂纹扩展性能对潜水器观察窗使用寿命以及安全可靠性评估具有重要意义。根据观察窗有机玻璃的受载形式,进行拉伸、压缩、剪切、断裂韧性、应力银纹等测试,表征与服役损伤相关的关键力学性能;研究可能出现的损伤缺陷对有机玻璃关键力学性能的影响;结合潜水器观察窗玻璃的损伤缺陷情况,对观察窗用有机玻璃的缺陷(裂纹)扩展性能进行了研究。结果表明,潜水器观察窗用有机玻璃的压缩强度为115 MPa,剪切强度为62.6 MPa,与无机玻璃、定向有机玻璃、聚碳酸酯等材料相比,具有强度高、变形量小、不会突然发生破坏等优势;潜水器观察窗用有机玻璃的抗银纹引发以及抗裂纹扩展的性能较好,应力银纹强度为20.6 MPa、断裂韧性为1.66 MPa·m^(1/2);有机玻璃银纹损伤对拉伸、压缩、剪切静强度基本无影响;与银纹损伤相比,微裂纹缺陷使得压缩屈服强度略有降低但裂纹不扩展,使剪切强度降低约15%且破坏程度剧烈,对拉伸强度影响最大,使其降低约70%。

环境温度对聚碳酸酯力学性能的影响

研究高、低温环境下聚碳酸酯(polycarbonate,PC)力学性能的变化规律。结果表明:PC的拉伸性能和弯曲性能随环境温度升高呈线性降低关系,且线性相关性较好;环境温度从–40℃升至130℃时,拉伸屈服应力降低近55%,屈服应变降低约63%;环境温度从–70℃升至130℃时,弯曲强度降低了约66%,弯曲模量降低了约37%;不同温度下的拉伸断裂均起源于表面,断口可见明显的镜面区、雾状区和粗糙区;断裂方式由低温的快速脆性断裂转向高温的塑性断裂;冲击强度随环境温度的升高呈现出先增大后减小再增大的趋势;冲击断裂机理存在较大程度的温度差异性,在整个–40~145℃范围内,材料的冲击断口形貌表现出从雾状区到锯齿带再到镜面区,最终软化熔融的一系列变化。

Au/聚4-乙烯基吡啶-b-聚乙二醇嵌段聚合物刷的合成及其pH响应行为

作为受限高分子体系的一个经典模型,高分子刷在胶体稳定、聚合物链的自组装以及摩擦学等方面具有潜在的应用价值。本文通过原子转移自由基聚合(ATRP)和点击化学(Click Chemistry)方法在金(Au)基底表面制备了pH响应性聚4-乙烯基吡啶-b-聚乙二醇(P4VP-b-PEG)嵌段聚合物刷。通过频率-耗散型石英微天平(QCM-D)、X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)等技术手段分别对Au/P4VP-b-PEG聚合物刷经不同pH值溶液处理后的形态变化、表面组成和表面形貌进行了进一步深入研究。结果表明,用不同pH值溶液处理P4VP-b-PEG嵌段聚合物刷后,该聚合物刷呈现刺激响应规律。当pH=1. 5时,P4VP链段质子化,由于静电排斥作用使P4VP-b-PEG链段呈伸展构象;当pH=11. 5时,P4VP链段去质子化,并且由于失去部分结合水,P4VP-b-PEG链段呈塌缩构象。