超临界发泡法制备高性能热塑性高分子微/纳孔泡沫材料研究进展

国民经济和高科技领域的飞速发展,对高分子泡沫材料的高强度及耐高低温性能、无毒无烟及本征阻燃、易加工成型等方面的要求进一步提高,通用高分子泡沫材料,如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等难以满足使用要求。因此,聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺(PI)、聚醚砜(PES)、聚芳砜(PPSU)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等高性能热塑性高分子泡沫材料和制品的研究成为新的热点。本文对超临界流体发泡原理和超临界流体发泡技术进行了系统介绍,重点综述了超临界流体(supercritical fluid),如scCO2或scN2作物理发泡剂,结合各种发泡技术,如釜压发泡、注塑发泡、挤出发泡和珠粒发泡,在高性能热塑性高分子发泡领域中的应用及取得的研究成果,以期为高性能高分子材料的研究及应用提供借鉴。最后,对开发操作简单、所得泡沫制品尺寸精确的发泡技术作了展望。

高分子基功能复合材料的熔融沉积成型研究进展

3D打印又称增材制造技术,是基于材料、机械控制、计算机软件等多学科交叉的先进制造技术,可得到传统加工不能制备的形状复杂制件。熔融沉积成型(FDM)是目前最通用的3D打印技术之一,具有设备简单、成本低、操作便捷等特点,广泛应用于航空航天、医疗、汽车工业等领域。本文介绍了国内外3D打印技术的整体布局、发展和规划,总结了常见3D打印技术的特点和分类。系统地介绍了FDM加工技术的原理和优势,阐明了FDM加工对高分子材料的基本要求,介绍了碳基高分子复合材料在FDM加工中的应用。此外,详细综述了国内外基于FDM打印技术制造功能化高分子复合材料及器件的最新研究进展,其中包括FDM打印制造导电高分子复合材料、导热高分子复合材料及生物医用高分子复合材料等,以期为FDM制造高性能多功能高分子复合材料的研究及应用提供借鉴。并对FDM加工面临的挑战及需要解决的关键问题提出了思考并做出展望。

选择性激光烧结用聚合物基材料制备研究进展

选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)是一种重要的3D打印加工技术,可制备传统加工无法制备的任意复杂形状的制件,广泛应用于航空航天、国防装备、医疗器械以及汽车等高新技术领域。本文介绍了SLS技术的加工原理和优势,综述了SLS技术加工成形用材料种类及聚合物基粉体材料的制备方法,主要包括相分离法、机械粉碎法、溶液法和喷雾干燥法。重点对SLS技术制备聚合物基压电复合材料及制品的国内外研究现状进行总结。虽然SLS打印制造技术面临聚合物原料种类少、功能缺乏、粉体生产成本高以及难以批量制备等瓶颈问题,但经过不断地创新与发展,SLS打印技术将成为高性能多功能高分子复合材料及其大型复杂制件的极佳制造方法。

锂离子电池电解质研究进展

能源的高效利用越来越受到重视,人们对锂离子电池的高性能化提出了更高的要求。锂离子电池主要包括正极、负极、电解质及隔膜。其中,电解质作为决定锂离子电池特性的关键材料之一,承担着电池内部电荷传递的功能,对电池的各项使用性能有着至关重要的影响。综述了国内外锂离子电池电解质的应用研究进展,着重对电解质的分类、性能和优缺点进行分析总结,讨论了现研究阶段需要解决的主要问题,指出电解质未来面临的挑战,并对电解质的发展作出了展望。

DGEBF/DDS体系固化动力学机理的研究

以4,4′-二氨基二苯砜(DDS)胺类固化剂固化9,9-二[4-(2,3环氧丙氧基)苯基]芴(DGEBF),采用非等温DSC法推导了固化反应参数和固化机理,并用原位红外和移动窗口二维相关红外分析对固化机理和固化模式进行了验证。结果表明:DGEBF/DDS体系固化反应的表观活化能为64.08 kJ/mol,扩散因子为4.05×104s-1,反应级数为1.55;固化工艺为150℃/1.5 h+190℃/2 h+220℃/1.5 h;固化模式为枝状成核的自催化反应;固化机理为伯胺先与环氧基反应生成仲胺,肿胺继续与环氧基反应生成叔胺,2个反应同时进行,以及在高温下的羟基与环氧基的自催化反应,交联的固化网络逐渐形成。

β成核剂增容玻纤／聚丙烯复合材料的结构与性能

通过溶液浸润法得到表面包覆β成核剂的玻纤,研究了改性后的玻纤/聚丙烯复合材料的结构与性能。实验结果表明:β成核剂的存在可诱导聚丙烯在玻纤表面附生结晶,增强基体与玻纤的界面粘结力,显著提高玻纤/聚丙烯复合材料的力学性能。相较于未经处理的玻纤/聚丙烯复合材料,采用该方法制备的复合材料拉伸强度从31.7 MPa提高到了38.7 MPa,增幅达到21.9%。

固相剪切碾磨技术在废弃EVA基鞋底材料回收中的应用

采用固相剪切碾磨技术制备了废弃EVA基鞋底(ESW)粉体,并将其与热塑性聚氨酯(TPU)进行共混复合,研究了碾磨次数对ESW表面物性、微观形貌的影响,以及TPU/ESW复合材料的力学性能。研究结果表明,经固相剪切碾磨后,ESW粉体逐渐变为细小的片状,平均粒径减小到406.2μm,同时其比表面积增大、粒度分布变宽。氨基、羰基等红外光谱特征吸收峰强度明显增加,粉体表面活性提升;醋酸乙烯酯侧基发生部分脱除,热分解峰变弱,并向高温方向偏移4.4℃。与未碾磨ESW相比,碾磨后的ESW粉体有效改善了TPU的力学性能,使复合材料的拉伸强度由4.7 MPa提升到8.5 MPa,断裂伸长率由721%提升到1369%,为废弃EVA基鞋底材料的回收利用提供新途径。

热氧老化对聚碳酸酯结构和性能的影响

分别在90～120℃环境下，对聚碳酸酯（PC）进行人工热氧加速老化实验。研究PC老化后的结构性能变化和热氧老化机理。结果表明：在低于120℃温度条件下，老化120h后，PC仍显示强而韧的性能，但断裂伸长减小；在120℃温度条件下，老化24h后，PC拉伸断裂伸长消失；PC的热氧降解过程主要是以热诱导氧化降解反应，降解反应引起端基、侧基从主链断裂脱落，导致内部缺陷，力学性能随之下降。

Arrhenius方程外推法预测聚碳酸酯的贮存寿命

通过人工热氧加速老化试验与大气自然环境老化试验,研究聚碳酸酯(PC)人工加速老化与真实大气自然环境老化的相关性;以Arrhenius方程为理论基础,建立聚碳酸酯贮存寿命预测方程,利用该方程预测聚碳酸酯在成都地区大气自然环境中的贮存寿命,理论贮存寿命值与真实大气自然环境贮存寿命值相近。

聚乙烯醇在超临界二氧化碳中的发泡行为

采用甘油作为聚乙烯醇(PVA)的塑化改性剂,实现了PVA的热塑成型,以超临界二氧化碳(scCO_2)为物理发泡剂,采用间歇式降压法制备了一系列PVA泡沫材料。利用差式扫描量热仪和流变仪系统研究了甘油对PVA的熔融行为和流变性能;并采用扫描电镜(SEM)研究了发泡温度、饱和压力和保压时间对泡孔形态的影响。结果表明,40%甘油增塑PVA体系的熔融温度降低至177.7℃,且在发泡温度下具有合适的黏度;随发泡温度的提高,PVA泡沫材料的泡孔尺寸增大,泡孔密度下降;增大饱和压力和适当延长保压时间,可提高增塑PVA体系的发泡效果。在合适的工艺条件下,发泡温度为185℃,饱和压力为15 MPa,保压时间为60 min时,PVA泡沫材料的发泡效果良好,其泡孔尺寸50.6μm,泡孔密度为8.8×10~6个/cm^3。

聚丙烯酸酯/TiO_2复合粒子对PVC性能的影响

采用扫描电子显微镜,差示扫描热仪和高压毛细管流变仪,研究了聚丙烯酸酯/TiO_2复合粒子改性PVC的形貌、玻璃化温度和流变性能；结合力学性能测试,研究了复合粒子改性PVC的耐紫外光性能。结果表明：随着复合粒子用量的增加,PVC的玻璃化温度呈下降趋势；加入质量分数为3%的复合粒子,能改善PVC的流动性能,且使PVC呈现韧性断裂特征；与没有添加复合粒子的PVC相比,复合粒子改性PVC经紫外光辐照后的力学性能保持率较高,复合粒子能有效提高PVC的耐紫外光能力。

锂离子电池负极材料研究进展

锂离子电池(LIB)因其无记忆效应、环境友好且自放电小等各项优异性能得到了相关研究者的重点关注。信息电子产品、电动汽车和智能电网的发展对高能量密度、长循环寿命和低成本的LIB产生了巨大需求。负极作为LIB的重要组成部分之一,其性能对电池整体的各项指标有重要影响,要求负极所应用的材料具有高比容量和优异的循环性能等特性。传统石墨和钛酸锂(Li_(4)Ti_(5)O_(12))负极由于比容量偏低,越来越难以满足使用要求,多种新型负极材料的研究开发正如火如荼地进行。金属锂具有非常高的理论比容量,但在反应过程中容易形成枝晶,其商业应用受到限制。除石墨外的碳基负极、硅碳负极和过渡金属化合物也具有较高的理论比容量,且相对于金属锂负极而言更安全,有望在不久的将来实现应用。本文综述了当前国内外LIB负极的研究现状,分析了新型LIB负极的优缺点,指出了LIB负极的研究方向,并对前景作出了展望。

酸性溶液对聚碳酸酯结构和性能的影响

研究了聚碳酸酯经过酸性溶液老化后结构和性能的变化,力学性能测试,结果表明:酸性溶液老化后,冲击强度下降,拉伸强度先上升后下降,弯曲强度没有明显的变化;扫描电镜(SEM)断口形貌分析显示老化后PC以剪切屈服破坏机理为主;差示扫描量热分析(DSC)显示老化后玻璃化转变温度向高温区偏移;傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析显示老化后PC的基本结构没有变化。

聚焦超声生成羟自由基的检测

以亚甲基蓝(MB)和对苯二甲酸(TA)为羟自由基捕捉剂,采用紫外-可见光分光光度法和荧光分析法间接检测了高强度聚焦超声空化作用产生的羟自由基,并初步研究了超声辐照时间、功率和温度等因素对羟自由基产生的影响。

超临界二氧化碳/乙醇共发泡法制备聚醚酰亚胺泡沫制品

本工作采用一步泄压釜压发泡技术研究了聚醚酰亚胺(PEI)的超临界二氧化碳(scCO_(2))发泡行为,系统研究了饱和压力、发泡温度和泄压速率对PEI泡孔结构的影响,进一步引入共发泡剂和成核剂来分别改善PEI的发泡性能和优化泡孔结构。通过釜压发泡熔接技术,在受限金属模具空腔中同时完成PEI珠粒的发泡与熔接,制备了发泡倍率及泡孔结构可调的PEI泡沫制品。结果表明,以scCO_(2)作发泡剂,发泡条件较为苛刻且所得PEI泡沫具有微孔结构,但整体发泡倍率小于3倍;加入共发泡剂如四氢呋喃(THF)和乙醇(EtOH)等可明显改善PEI的发泡性能、提升发泡倍率,引入碳纳米管(CNTs)作成核剂可显著优化泡孔结构、提高材料成核数量和泡孔密度;通过釜压发泡熔接制备的PEI及PEI/CNTs泡沫制品珠粒熔接质量良好,力学性能优良,PEI泡沫制品的拉伸强度和压缩强度分别为5.7 MPa和5.6 MPa。

连续自成核退火热分级技术在分析聚丙烯缺陷结构的分布中的应用及优化

连续自成核退火热分级法(SSA)具有制样简单、无需溶剂、测试耗时较短、设备较廉价等优点,在乙烯/α-烯烃共聚物等领域取得了广泛的应用,是表征其分子结构规整性分散情况的有力研究方法,但它在等规聚丙烯(iPP)方面的应用较少。本文深入研究了iPP的自成核结晶熔融行为,得到了iPP自成核行为的温度范围,并在此基础上深入研究了SSA热分级法的各个条件(首个自成核温度Ts1、在自成核温度(Ts)的停留时间、相邻Ts温度间隔ΔT、SSA分级温度范围等)对最终SSA热分级能力、分级时间的影响,建立了SSA热分级的实验条件与分级效率、分级能力之间的联系。结果表明,对于多数iPP来说,理想的SSA热分级条件为:Ts1=167℃,ts=15min,ΔT=4℃,升降温速率=20℃/min,热分级温度范围167～139℃。其中,扫描温度范围对分级效率的影响最大。对于具有不同规整度的PP来说,须有针对性选择上述关键参数,才能达到分级效率与分级能力的平衡。