高分子微纳米功能复合材料和功能器件的先进制造

现代能源、电子通讯、生物医用等高技术领域迫切需要具有光、电、磁、生物医用等多功能、复杂、微型、轻量化高分子功能器件,需要解决两大难题:一是高性能高分子微纳米功能复合材料及规模化制备,二是复杂、微型、轻量化功能器件的先进制造技术。文中介绍了近年来作者团队在高分子微纳米功能复合材料和功能器件先进制造方面的研究进展:通过有机无机/杂化、固相剪切碾磨层间剥离、聚合物粉体球形化、分子复合热塑加工等技术,规模化制备了兼具目标功能、加工性和力学性能的新型高分子微纳米功能复合材料,通过3D打印、微型加工、可控发泡等先进制造技术,制备了系列复杂、微型、轻量化高分子功能器件。

碳纤维增强环氧树脂复合材料盐雾腐蚀行为及其老化分子机制

碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)综合性能优异,广泛用于国防军工、航空航天等领域。文中针对CFRP在海洋气候环境下的实际应用需求,研究了具有产品结构特征的NOL环及层压板试样在高温、高浓度盐雾(55℃,10%NaCl)条件下的盐雾腐蚀行为,并通过研究材料在老化过程中的吸湿行为、盐分扩散行为及树脂分子/交联网络结构及体系界面结构的演变,探究了其老化分子机理及界面损伤机制。其老化过程可分为3个阶段,在此期间水分子对树脂的溶胀与塑化作用、纤维-基体湿膨胀系数不匹配诱发的界面损伤作用及盐分/水分对树脂的腐蚀断链作用均可导致体系交联密度降低、界面脱粘及基体破碎,诱使材料力学及界面强度劣化。老化90 d后,NOL环及层压板试样的层间剪切强度(ILSS)保留率分别为73.75%及84.10%。

聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯交替层状复合材料的制备和冲击性能提升

如何调控酯交换反应程度是改善聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PC/PBT)共混物冲击强度的关键。文中采用酯交换抑制剂焦磷酸二氢二钠(DPPH)和多层挤出加工技术制备了具有多层结构的PC/PBT-DPPH交替层状复合材料,对比分析了多层结构和酯交换抑制剂的加入对PC/PBT共混物力学性能的影响。结果表明,相较于传统PC/PBT-DPPH共混物,交替层状复合材料的缺口冲击强度从3.6kJ/m^(2)增加到19.3kJ/m^(2),同时拉伸强度保持在53.2MPa。与传统共混相比,多层挤出过程中,PC与PBT的酯交换反应主要发生在层界面处,DPPH的加入使层界面的酯交换反应得到很好的控制,层界面由“刚硬”转变为“柔软”,从而显著提高冲击性能。

“互联网+”背景下大学生塑料环保教育教学模式改革与创新

生态文明建设是党领导人民建设中国特色社会主义事业“五位一体”总体布局的重要组成部分。党的二十大报告中指出,“中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化”,明确了我国新时代生态文明建设的战略任务,总基调是推动绿色发展,促进人与自然和谐共生。具体到我国经济社会发展层面,推动经济社会发展绿色化和低碳化是实现高质量发展的关键环节。要实施全面节约战略,加快构建废弃物循环利用体系。

锂盐/甘油/1-丁基-3-甲基咪唑氯盐改性玉米淀粉/聚丁二酸丁二醇酯共混材料的结构与性能

为制备具有良好性能的淀粉/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)共混材料,采用锂盐、甘油和1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)复合的方法构建了新型改性剂,通过熔融共混法制备了淀粉/PBS共混材料,考察了由不同锂盐制备的改性剂的作用效果,研究了改性剂对淀粉/PBS共混材料结构和性能的影响。结果表明,锂盐中的阴离子对锂盐/甘油/[BMIM]Cl改性淀粉/PBS结构与性能影响显著,在LiF,LiCl,LiBr和LiI中,LiF,LiBr和LiI的作用效果较差,采用LiCl构建的LiCl/甘油/[BMIM]Cl复合改性剂对淀粉/PBS具有良好的改性作用。LiCl/甘油/[BMIM]Cl复合改性剂能通过破坏氢键、降低淀粉/PBS结晶度改善淀粉与PBS的相容性,提高共混材料的韧性,表现出比甘油/[BMIM]Cl更好的作用效果。采用LiCl/甘油/[BMIM]Cl(质量分数为7.0%LiCl、37.2%甘油和55.8%[BMIM]Cl)在质量分数为21.5%的条件下制备的改性淀粉/PBS共混材料(淀粉与PBS的质量比为2:3)具有良好的力学性能,拉伸强度为13.69MPa、断裂伸长率可达165.40%。

PMMA/硅铝包覆铝酸锶复合发光材料的制备和发光性能

采用原位乳液聚合法制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/硅铝包覆(SrAl2O4:Eu,Dy)复合发光材料。通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和热失重(TGA)测定,研究了复合发光材料的结构,结果表明,复合发光材料中聚合物分子与硅铝包覆(SrAl2O4:Eu,Dy)之间是通过键合的方式结合;通过荧光光谱和发光亮度测试,研究了复合发光材料的发光特性和余辉性能,结果表明,在硅铝包覆(SrAl2O4:Eu,Dy)表面共价结合上PMMA后仍能保持SrAl2O4:Eu,Dy原有的发光性能。

碳纤维表面改性及对其复合材料性能的影响

采用γ射线辐照法、电化学聚合法改性碳纤维表面,研究了以三缩四乙二醇为接枝单体,在不同的辐照剂量下辐照处理碳纤维,以及电化学聚合衣康酸改性碳纤维。利用扫描电子显微镜、X光电子能谱仪、电子万能试验机研究了处理前后的碳纤维的表面形貌、复合材料的断面形貌、表面化学组成及复合材料层间剪切强度(ILSS)的变化。研究结果表明,2种处理方法都能有效提高碳纤维表面活性,与环氧树脂的浸润性提高,复合材料断面纤维拔出明显减少。在200kGy的辐照剂量下处理得到的碳纤维与环氧树脂复合材料的ILSS的提高幅度最大,达到31.2%。同时经电聚合处理后的碳纤维与环氧树脂复合材料的ILSS的提高幅度要大于经γ射线辐照处理后的试样,达到40%。

聚甲基丙烯酸甲酯/稀土复合发光材料的结构及耐水性能

采用原位乳液聚合法,制备了聚甲基丙烯酸甲酯/稀土复合发光材料。通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和热失重(TG)测定,研究了复合发光材料的结构、发光特性和耐水性能。结果表明,复合发光材料中聚合物分子与稀土分子之间通过键合的方式结合;复合发光材料与稀土发光材料的激发光谱和发射光谱波长范围相近,表现出相似的发光特性;复合发光材料的耐水性优于稀土发光材料。

硅铝二元膜包覆稀土发光材料的结构及耐水性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备硅铝二元膜包覆稀土发光材料．通过扫描电镜、X光电子能谱、比表面、多晶X射线衍射、荧光光谱和发光亮度的测试,研究了材料的结构、包覆层与原始发光材料的相互作用及材料发光性能;进一步通过pH值测定,考察了材料的耐水性．结果表明,包覆层以无定型态与原始发光材料以化学作用结合,而不是简单的物理包覆;在原始发光材料表面包覆一层均匀的硅铝二元膜,可有效提高材料的耐水性能,而对材料的发光性能影响不大．

高相对分子质量膨胀型阻燃剂的合成及在聚氨酯阻燃中的应用

为了改善热塑性聚氨酯的阻燃性能,并尽量减小阻燃剂对其力学强度的影响,本文以三氯氧磷、季戊四醇(PER)、硫氰酸钾(KSCN)和1,3-丙二胺为原料合成了一种螺环状膨胀型高分子阻燃剂ISPDP,并采用核磁共振氢谱、红外光谱和凝胶渗透色谱对其结构进行了表征。热失重分析表明,ISPDP对热塑性聚氨酯具有明显促进成炭的作用。通过极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)对阻燃热塑性聚氨酯(ISPDPTPUs)体系进行燃烧测试,结果表明随着ISPDP添加量的增加,LOI增长显著,当达到最佳添加量15%时,LOI可以达到33,垂直燃烧等级为UL-94 V-0。扫描电镜对ISPDPTPUs燃烧后炭层表面研究结果显示,随着ISPDP添加量的增大,炭层表面变得更加致密。力学性能测试结果显示,ISPDP最优添加量15%时其拉伸强度略有增加,弹性模量大幅度增强,断裂伸长率仍可保持65%。

三聚氰胺聚磷酸盐/硼酚醛协效体系阻燃PA66/GF复合材料的研究

采用氮磷型阻燃剂三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)与硼改性酚醛树脂(BPF)组成的复合阻燃体系对玻纤(GF)增强尼龙66(PA66)复合材料进行阻燃,获得了阻燃性能优异、力学性能良好的增强复合材料,研究了协效阻燃剂BPF/MPP配比、BPF/MPP用量及GF用量对阻燃复合材料阻燃性能的影响,采用微型燃烧量热和质量保持率分析方法研究了阻燃复合材料的燃烧及成炭行为,对复合阻燃剂的协效机理进行了讨论。结果表明,当BPF在BPF/MPP中的质量分数为15%时,添加25%BPF/MPP复合阻燃剂可使20%GF增强PA66复合材料达到V–0(1.6 mm)阻燃级别,极限氧指数增加至25.3%,拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度分别为116 MPa,132 MPa,7.1 kJ/m2。该复合材料可满足高性能无卤阻燃的使用要求。

ABS材料在若羌地区典型环境中的自然老化行为分析

通过凝胶渗透色谱、红外光谱、白度和力学性能分析,研究了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物(ABS)材料从2012年夏季始12个月内在中国新疆若羌地区典型暖温带大陆性荒漠干旱气候下的自然老化行为。结果表明,在户外曝露1个月后,ABS结构中产生羰基、羟基等含氧基团,相对分子质量降低,表面黄化,材料由韧性破坏转变为脆性破坏。随着曝露时间的延长,白度不断降低,羰基、羟基含量增加,分子链断裂加剧,拉伸强度、冲击强度逐渐减小。曝露12个月后,拉伸强度和冲击强度分别降低了43%和34%。

聚丁二酸丁二酯/蒙脱土纳米复合材料改性研究

采用开炼机直接熔混工艺,以聚丁二酸丁二酯(PBS)为基体树脂,以经KH560处理的有机蒙脱土(DK2)为填料,制备了PBS/DK2纳米复合材料。结果表明,PBS/DK2复合材料为剥离型或部分剥离型纳米复合材料;与纯PBS相比,PBS/DK2的断裂伸长率提高明显,最高提高了210%,而拉伸强度变化不大。当KH560与DK2的质量比为0.03时,DK2质量分数为2%的复合材料的拉伸强度和断裂伸长率的综合性能较好。PBS/DK2的热初始分解温度较纯PBS变化明显,当KH560与DK2的质量比为0.04时,DK2质量分数为2%的PBS/DK2复合材料的热初始分解温度提高20℃左右。

聚乳酸大分子引发剂的一步法合成

在异辛酸亚锡的催化下，以三溴乙醇作为引发剂，通过L-丙交酯一步开环聚合合成了端基含有溴原子的聚乳酸大分子引发剂PLLA-Br，为进一步通过ATRP反应制备聚乳酸嵌段共聚物奠定基础。利用GPC考察了PLLA-Br的数均分子量及分子量分布与反应时间的关系。FT—IR、^1H-NMR、DSC和TG等结果表明，PLLA-Br链端含有溴原子，属结晶聚合物，其结晶温度在104℃，熔融温度约为180℃，热分解温度高于200℃。

大共轭分子用于TiO2光催化效率和界面增强的策略

利用光催化技术,将占太阳光能很大比重的可见光部分转化为能量密度更高的电能或化学能,并使之器件化,成为各国科技工作者关注的重点和热点。基于TiO_2光催化技术,针对影响光催化效率提升的光谱响应范围窄、光吸收能力弱和光生空穴复合等问题,本文主要以苝类和吡咯并吡咯二酮类有机材料为例,综述了大共轭分子分子聚集特性、TiO_2基光催化材料拓宽光谱响应能力和增强界面结合的策略与最新研究进展,对TiO_2基复合材料的下一步研究工作进行了展望。

生物相容性聚氨酯支架材料的研究

通过半预聚法制备了聚氨酯支架材料。研究了不同稳定剂和开孔剂含量对支架材料形貌结构的影响,通过SEM表征了支架材料的结构,观察了细胞在聚氨酯支架材料上的生长情况。结果表明开孔剂用量的增大使材料的泡孔变大,并促进孔与孔之间的连接和贯通。随着泡沫稳定剂含量增加,材料平均孔径逐渐下降,孔隙率增大,密度降低。SEM照片显示材料泡孔比较均匀,泡孔之间相互连接贯通。细胞相容性研究表明,细胞能在三维支架材料上生长,并分泌出细胞外基质,支架材料具有良好的细胞相容性。

有机硅表面活性剂改性牡蛎贝壳粉填充尼龙6复合材料的制备

采用氨基型有机硅表面活性剂对气流粉碎的牡蛎贝壳粉体进行表面改性,并与尼龙6熔融共混制备复合材料。通过激光粒度、表面元素分析、热失重分析、高压毛细管流变仪等分别研究了贝壳粉体的粒径分布、元素构成、热稳定性及相应复合材料的加工流变性和力学性能。实验结果表明,经气流粉碎和表面改性后的贝壳粉体具有粒子尺寸小(D50为5.1μm)、粒径分布窄(1~10μm)的特点。贝壳粉残留有机质和主体无机物热分解温度分别在300℃和600℃以上,表现出较好热稳定性。改性贝壳粉较未改性粉体具有更好的分散性及与树脂的界面结合,相应复合材料的熔体流动性和力学性能也明显优于后者。另外,贝壳粉因含有机质而具有一定极性,其尼龙树脂基复合材料较商品化碳酸钙填充尼龙的性能更佳。

聚偏二氟乙烯压电泡沫支架制备及其骨诱导活性

背景:骨是一种天然压电材料,具有仿生压电效应的组织工程材料可应用于骨组织缺损的修复。目的:基于固相力化学技术制备一种有促成骨能力的压电支架材料,表征其对成骨细胞黏附、增殖和成骨分化能力的影响。方法:通过固相剪切碾磨技术混合不同质量比例的聚偏二氟乙烯及NaCl粉体(质量比分别为60∶40、50∶50、40∶60、30∶70),熔融下形成块状材料后通过纯水溶解去除NaCl,最终制备得到具有不同孔隙率的聚偏二氟乙烯压电泡沫支架(依次命名为PVDF-40、PVDF-50、PVDF-60、PVDF-70)。表征各组支架表面形貌、晶相构成、热力学行为、机械性能、压电性能。将4组支架分别与MG63细胞共培养,检测支架的生物相容性及促成骨分化能力。结果与结论:①扫描电镜下可见4组支架具有多层级孔隙,随着混合粉体中NaCl质量分数的增加,支架的孔隙率升高;X射线能量色散谱、X射线衍射图谱、傅里叶变换红外光谱及热失重分析结果显示,4组支架材料主体为不具压电性的α相,固相力化学激发出更多β相,以增强其压电性能,其中PVDF-60组β相含量占比最高;循环压缩测试及压电性能测试结果显示,PVDF-60组相较其他组拥有更高的压缩强度和压电性能;②扫描电镜与激光共聚焦显微镜下可见MG63细胞良好地黏附于4组支架表面,细胞形态良好并伸出较多的伪足、分泌大量细胞外基质;CCK-8实验显示,PVDF-60组培养4 d的细胞增殖吸光度值高于其他3组(P<0.0001);碱性磷酸酶染色及茜素红染色显示,PVDF-60组碱性磷酸酶表达与钙化结节数量均高于其他3组(P<0.01,P<0.0001);③聚偏二氟乙烯压电泡沫支架均具有较好的细胞相容性,其中PVDF-60组具有更优异的力学性能、压电性能和骨诱导能力。

以BMA-MA共聚物为成膜树脂的光致聚合物材料的全息性能

采用溶液聚合法合成了水溶性的甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸(BMA-MA)共聚物,以这种共聚物为成膜树脂制备了光致聚合物全息材料,研究了光致聚合物全息材料的光敏性、衍射效率、空间频率响应、折射率调制度、曝光能量常数等全息性能。结果表明,在记录信号空间频率为1580 cy/mm时,以BMA-MA共聚物为成膜树脂的光致聚合物全息材料的灵敏度可达15 mJ/cm2,最大衍射效率为92.8%,曝光能量常量为10.9 mJ/cm2,衍射效率随所记录信号空间频率的增加而降低,材料的最大折射率调制度为2.85×10-3,是一种具有一定应用前景的光致聚合物全息材料。

热塑挤出制备无机阻燃聚乙烯醇泡沫材料及其影响因素的研究

以水为增塑剂兼物理发泡剂,氢氧化铝(ATH)为无机阻燃剂兼异相成核剂,通过热塑挤出方法制备了无机阻燃聚乙烯醇/氢氧化铝(PVAL/ATH)复合泡沫材料,采用扫描电子显微镜(SEM)等研究了水和ATH含量、口模温度、螺杆转速、交联剂对复合泡沫材料泡孔结构的影响。结果表明,适当的口模温度和螺杆转速是实现体系中水的可控、连续、稳定发泡的关键因素,适量添加的阻燃剂能够起到良好异相成核剂的作用,在最佳工艺条件下,当PVAL/ATH/水为100/80/30,口模温度为125℃,螺杆转速为30 r/min时,制备得到综合性能优异的无机阻燃PVAL/ATH泡沫材料,泡沫材料的表观密度为0.32 g/cm3,膨胀倍率为10.0,泡孔密度约为1.6×105个/cm3。此外,引入硼酸作为交联剂,有效提高了熔体强度并改善了泡孔结构,交联后泡沫材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高到6.3 MPa和59.2%。