Crosslinked polyethylene/organic montmorillonite(XLPE/OMMT)nanocomposite dielectrics were prepared by melt blending method to investigate the effects of organic montmorillonite types on the micromorphology and water-trees aging properties of the nanocomposite dielectrics.The specimens were tested by mechanical properties.It is found that the comprehensive mechanical properties reach the best when the mass fraction of OMMT is 0.5%.The micromorphology of the specimens was investigated by differential scanning calorimetry and scanning electron microscope.The organic montmorillonite(OMMT3)organically modified with dioctadecyl benzyl quaternary ammonium salt and refined,plays an obvious role of heterogeneous nucleation,leading to a more perfect crystal with a crystallinity up to 25.3%,and the average size of the crystals is only 16.67 μm.Accelerated water-tree aging tests were performed on each specimen by water needle electrode method.The stripping of the dispersed OMMT3 layer forms a more tortuous labyrinth path,and its barrier effect on water molecules and the restraint of XLPE crosslinked network structure on the movement of molecular chains,the combined effect of the two effectively inhibits the growth of water trees in XLPE/OMMT3 specimen,and the initiation probability is reduced to 23.4%.The chemical structure of the water trees before and after aging was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy.The test results indicate that the increase of carbonyl index and vibration peak of hydroxyl in the water-tree region of nanocomposite dielectrics indicate that water-tree aging is due to electrochemical degradation,while the chain breakage of XLPE/OMMT3 is less in the process of water-trees growth,showing excellent thermal and oxygen aging resistance.
将D-胱氨酸(CYS)与甲醇进行甲酯化反应,制备出一种新型含有双硫键的扩链剂胱氨酸二甲酯(CDE),再将其对端异氰酸酯基(—NCO)二聚体(IPDI-PTMG)和端异氰酸酯基三聚体(IPDI-TEA)进行扩链,制备了含有动态双硫键的自修复交联聚氨酯脲(SH-PUU)材料.采用傅里叶变换红外光谱对SH-PUU结构进行表征,通过电子万能试验机、差示扫描量热仪、热重分析仪和光学显微镜等研究了不同配比制备的SH-PUU的力学性能、热稳定性和修复性能.结果表明,当扩链系数(CDE中—NH2与体系中—NCO的摩尔比)为0.9,IPDI-TEA的质量分数为10%时,SH-PUU材料具有较好的力学性能和最佳的修复性能,其拉伸强度为5.22 MPa、修复效率为93.9%.此外,该材料拥有多次自修复性能和一定的室温自修复能力,3次自修复后的修复率仍可达65.0%,室温修复24h后自修复率为30.0%.
生物纤维素,也称细菌纤维素,是一种由微生物在发酵过程中合成的高分子纤维素.它具有许多独特的性质,如高吸水保湿性、有效的细菌屏障、超细纳米纤维空间结构、高弹性模量以及良好的透明度和生物相容性等.这些性质使得生物纤维素能够被制备成新型敷料应用于临床医学.文中对生物纤维素的结构和性能、制备方法及在慢性创面敷料、骨修复材料、眼科材料、心血管外科材料中的应用进行了综述,并展望了生物纤维素敷料未来的发展趋势,为其在医学及其他领域的研究和开发提供参考.
文中采用熔融缩聚法合成了聚(乳酸-富马酸丁二酯)共聚物(P(LA-BF)).进一步,将P(LA-BF)与PLLA共混制备了不同组分比的PLLA/P(LA-BF)薄膜.通过核磁共振和红外光谱分析了P(LA-BF)的聚合情况.研究表明,合成了处于无定形态的P(LA-BF)共聚物.采用广角X射线衍射仪、差示扫描量热仪和拉伸试验机评估了PLLA/P(LA-BF)薄膜的结晶性能、热学性能和力学性能.结果表明,P(LA-BF)的加入未改变PLLA的结晶能力,薄膜仍处于无定形态.同时,PLLA和P(LA-BF)具有很好的相容性,P(LA-BF)的加入提高了PLLA分子链的运动性和柔顺性,薄膜表现出高柔韧特点.随着P(LA-BF)含量的增加,断裂伸长率最高增加至PLLA/P(LA-BF)60的352.5%,约为纯PLLA的104倍;当P(LA-BF)的含量为80%时,薄膜断裂前的塑性变形变得更加明显,呈现出伴有韧窝的丝束状拉丝形貌.此外,流变性能表明,PLLA/P(LA-BF)40,PLLA/P(LA-BF)60和PLLA/P(LA-BF)80均表现出牛顿流体的特征,有效提高了PLLA熔体加工时的流动性.
采用熔融共混法制备了球状聚四氟乙烯(PTFE)和原位PTFE微纤增强聚丙烯(PP)复合材料,利用自主研发的间歇式发泡系统制备了纯PP,PP/S-PTFE(球状PTFE增强PP)和PP/F-PTFE(原位PTFE微纤增强PP)发泡件.扫描电镜和光热诱导红外显微镜揭示了PTFE一步法成纤的关键因素是PTFE的伸长链晶体结构和表面处理工艺;X射线衍射分析显示PP,PP/S-PTFE和PP/F-PTFE都呈现α晶体结构.在确定的发泡压力下,发泡倍率随着发泡温度的升高先增加后减小,而发泡压力从5 MPa提高为15 MPa,发泡温度区间向低温段扩展了10℃.原位PTFE微纤对复合材料的最大发泡倍率有一定的抑制作用,但相同发泡倍率下,PP/F-PTFE泡沫件的泡孔直径最小,泡孔密度最大,泡孔尺寸均匀性最优,其泡沫件的压缩强度比相同发泡倍率PP泡沫件压缩强度提高了123%.
以4,4'-双(6-羟基己氧基)联苯(BHHBP)为液晶基元,同时选用衣康酸(IA)和苯基丁二酸(PSA)采用无规共聚,合成了一系列IA添加量不同的含有甲叉基侧基的联苯液晶共聚酯(LCPs).通过在液晶态对其进行拉伸取向,然后利用紫外光照射引发交联的方法,制备获得了单畴取向的联苯液晶弹性体(LCEs).研究了光交联单体含量对LCPs的相变行为和LCEs的热致可逆驱动的影响.结果表明,IA的引入使LCPs仍表现出长程层间的有序性,既保留有近晶结构,同时又升高了近晶相-各向同性相相变温度.当IA的添加量达到30%时,液晶相转变温度也从70.4℃上升至80.6℃.此外,发现当引入IA到达一定量时,材料可以获得更为完善的交联网络构型,同时也赋予其可观的可逆形状致动度.
增材制造技术在按需制造、个性定制、异形构件等领域具有明显优势,是先进制造技术的重要研究方向.与传统制造方法(如减材制造、注塑成型)相比,增材制造制品的力学性能通常较差且生产效率较低,限制了其更广泛地应用于适应复杂工况的承载部件.作为制造技术关键评价的速度、质量指标,始终引领着宏微观尺度挤出增材制造技术发展方向.由于逐层逐步增材制造的固有模式,强度差和效率低成为困扰其工程应用的两大挑战.文中从挤出打印层间结合机理、层间断裂机制两方面讨论了研究学者在改善3D打印强度方面的努力,以及在提高打印效率方面的最新进展;最后综述了创新发展的几种注射打印前沿技术,讨论了其技术原理、创新特点和优劣势,将注射成型工艺引入增材制造技术中,有望成为解决两大难题的有效技术途径,为未来挤出增材制造的研究及推动形成新的技术方案提供参考.
有机/无机复合固态电解质的锂离子传输机理得到了广泛的研究,但无机粒子引入其中对其黏弹行为的影响却少有研究.文中以聚乙烯醇氰乙基醚(PVA-β-CN)为聚合物基体、双三氟甲基磺酰基亚胺锂(LiTFSI)为锂盐、0%～28%锂镧锆钽氧(LLZTO)为无机纳米粒子制备了锂离子电池复合固态电解质PVA-β-CN@LLZTO.首先研究了不同LLZ-TO含量的PVA-β-CN@LLZTO复合固态电解质结构的变化,在红外光谱中,锂离子与氰基耦合峰2276 cm-1及LiTFSI特征峰位置的偏移证明PVA-β-CN具有优异的锂离子传输能力,与之对应其微观断面结构呈均匀分散随后逐渐出现的聚集现象对应于其离子电导率先升高后降低的变化.研究发现,PVA-β-CN@LLZTO复合固态电解质离子电导率在φLLZTO=20%达到最大值,对应于离子电导逾渗阈值(φ1).在不同LLZTO含量时复合固态电解质的黏弹性测试中,在φLLZTO≥20%时,储能模量对频率的依赖性减弱,对应于体系的模量逾渗阈值(φG).φ1≈φG说明复合固态电解质的内部锂离子传输网络对应于填充体系的黏弹渗流网络,当φ接近20%时,修正因子K值出现突增,揭示了离子传输网络的形成与发展.复合体系的黏弹行为为锂离子传输机理研究提供了一种新的思路.
采用熔融共混法通过双螺杆挤出机制备了不同种类硅酸盐填充聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯/聚乳酸(PBAT/PLA)材料并吹塑成膜,分析了层状和管柱状结构的硅酸盐及添加量对复合塑料薄膜力学性能、热性能、加工性能及阻隔性能的影响.结果表明,加入一定量的硅酸盐后,材料的热性能维持稳定;另一方面,硅酸盐充当了树脂基体的成核剂,起到了异相成核作用,使PBAT/PLA的结晶度有所提升.当有机改性蒙脱土与白云母添加量为10%～20%、埃洛石纳米管添加量为10%时,复合薄膜的拉伸性能与撕裂强度得到明显提升.硅酸盐的加入对PBAT/PLA薄膜的阻隔性能具有明显的提升作用.总体而言,层状结构白云母硅酸盐填充PBAT/PLA薄膜综合性能提升效果较好,在绿色包装和生物降解农膜覆盖领域具有潜在的应用价值.
聚乳酸(PLA)的脆性与易燃性限制了其更为广泛的应用.文中以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为阻燃剂、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为增韧剂、环氧大豆油(ESO)为反应型增容剂,研究了ESO的加入对PLA/PBS/DOPO复合材料性能的影响.力学性能测试、差示扫描量热分析、热重分析、动态力学热分析、扫描电子显微镜、极限氧指数(LOI)及垂直燃烧(UL-94)等测试结果表明,ESO明显提高了PLA与PBS间的相容性.PLA/PBS/ESO/DOPO(79/10/6/5)复合材料的综合性能最为优异,断裂伸长率达到了153.12%,较纯PLA提升了30倍,拉伸强度为34.44 MPa,冲击强度为18.13 kJ/m2,增韧效果显著;LOI达到了26%,UL-94测试达到了V-0级别,获得了同时具有优异力学性能和阻燃性能的复合材料.
先进聚合物基复合材料(APC)取代传统金属材料实现了航空航天结构件的轻量化,其用量已成为衡量大型飞行器技术先进性的重要标志.高效连接工艺技术是影响APC构件制造成本和使用安全的关键因素之一.文中综述了纤维增强热塑性树脂基复合材料和热固性树脂基复合材料超声焊接的研究进展;详细讨论了超声波焊接机理、焊接头结构设计及焊接工艺参数(焊接时间、焊接压力、振幅、能量导向器类型等)等对APC焊接头承载性能的影响,并总结了目前APC超声焊接领域存在的问题,指出了未来的研究方向.
提高聚丙烯腈(PAN)纺丝液浓度一方面可以提高纺丝效率,另一方面还可以提高纺程丝条承受张力的能力,从而有望提高纤维的结构致密性和力学性能;但是提高浓度会影响溶液的稳定性和可纺性,为此文中制备了质量分数为21%～31%的聚丙烯腈/二甲基亚砜(PAN/DMSO)溶液,通过流变性能来判断PAN/DMSO溶液浓度与其均匀稳定性的关系.结果表明,采用水相沉淀法制备的黏均分子量为7.6×104的PAN,在用DMSO进行溶解时,对PAN的溶解能力较强,充分溶解后,溶液质量分数可达31%.质量分数21%～26%的PAN/DMSO溶液在低频区的稳态表观黏度与动态复数黏度曲线基本吻合,且在0～80℃温度范围内未发生凝胶化转变,表明21%～26%的PAN/DMSO溶液是均匀稳定的;而29%和31%的PAN/DMSO溶液具有较高的黏弹性,分别在3.4℃和10.3℃发生了低温凝胶转变,显示出非均相溶液特征,其中,31%的PAN/DMSO溶液产生了化学凝胶.因此,从纺丝溶液的均匀稳定性来考虑,建议PAN/DMSO溶液质量分数应控制在29%以下.
采用直接酯化熔融缩聚法合成一系列不同软硬段含量的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)-b-聚四氢呋喃(PTMG)聚醚酯嵌段共聚物(TPEE),以红外光谱、核磁共振、X射线衍射、差示扫描量热分析和动态力学热分析等方法,探讨不同软硬段质量比及不同软段相对分子质量对材料结构及相对分子质量、热性能和黏弹性等的影响.结果表明,在相同出料功率下制得的TPEE的特性黏度均高于PBT,并随硬段质量分数或软段相对分子质量的增大而减小;TPEE的熔点下降幅度随软段摩尔分数的增加而增大;TPEE中存在微相分离结构,当硬段质量分数为60%、软段PTMG数均分子量为2×103时,同时出现了分别代表硬段PBT以及软段中PTMG的玻璃化转变的损耗角正切峰.研究结果为TPEE的合成和应用提供了一定借鉴.
以滤纸为原料,采用浓硫酸水解法制备纤维素纳米晶体(CNC),将果糖、葡萄糖和甘露糖分别与CNC以不同质量比共混,通过蒸发诱导自组装方法制备了CNC/单糖复合虹彩薄膜.紫外-可见反射光谱分析结果表明,复合薄膜具有明显的虹彩颜色,随着每种单糖含量的增加,薄膜的结构色发生了明显的红移.偏光显微镜和扫描电子显微镜表征结果表明,CNC在成膜过程中发生了自组装,复合虹彩薄膜保留了CNC原有的指纹织构和周期性层状结构.红外光谱和X射线衍射分析表明,添加单糖没有改变CNC本身的官能团,单糖与CNC通过物理作用相结合.单糖的加入也不会改变CNC的晶型结构,对纤维素结晶度的影响十分有限.加入单糖有助于提高薄膜的湿度响应性能,复合薄膜在相对湿度为37%和98%的环境之间表现出从绿色到红色的可逆结构色变化.
硫氰酸钠(NaSCN)溶剂路线是国外制备高性能聚丙烯腈(PAN)基碳纤维原丝成熟的纺丝工艺路线,该技术在国内碳纤维领域尚处于发展阶段.文中采用流变仪、红外光谱研究了PAN在不同质量分数NaSCN水溶液中形成的聚合物溶液的流变性能和PAN大分子状态;溶液中NaSCN质量分数的提高,PAN溶液的黏度先减小后增大,在51%NaSCN溶液中PAN溶液的黏度最低、,用光学显微镜和X射线衍射研究了NaSCN水溶液为溶剂的PAN溶液凝固行为.研究发现,51%NaSCN溶液中,PAN大分子以最舒展状态存在,PAN分子链的31螺旋构象更多,这与溶液中硫氰酸根主要以异硫氰酸根(—N=C=S)存在有关,PAN的氰基与异硫氰酸根的—N=C形成桥键结构.随着聚合物溶液中NaSCN质量分数增加,凝固剂水在PAN溶液中的扩散速率增加,PAN溶液凝固结晶程度先增大后减小,在质量分数为51%的NaSCN水溶液中,PAN的凝固结晶规整度更优异,这与PAN以解缠伸展状态存在相关,由于流动活化能更低,PAN溶液更易发生相转变.
以丙烯腈(AN)和甲基丙烯酸(MAA)为共聚单体、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂、含有双键的可共聚单体甲基丙烯酸叔丁酯(tBMA)为热分解发泡剂,采用水相悬浮聚合法制备出可发泡的聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)前驱体珠粒.讨论了水相悬浮聚合中分散剂种类和用量、搅拌速率、油水比、单体配比、水相阻聚剂等因素对珠粒粒径和分布的影响,并利用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、差示扫描量热法、热失重分析和万能试验机等方法对珠粒发泡前后的结构和性能进行分析测试.结果表明,当油相中AN/MAA为0.3/0.2、可共聚发泡剂tBMA为7%,引发剂偶氮二异丁腈AIBN为0.14%,水相中有机分散剂羟丙基甲基纤维素(HPMC)为单体质量的1.4%并添加适当NaCl、水相阻聚剂和无机分散剂,油水比为1/5,反应温度为60℃、搅拌速率为250～275 r/min,可制备出平均粒径在1～2 mm且分布窄、产率约80%的可发泡的PMI前驱体球形珠粒.含7%发泡剂的可发泡珠粒在230℃的模具中发泡成型为密度150 kg/m3的PMI泡沫,其10%压缩强度为2.15 MPa,热分解起始温度为368.2℃.
聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)是目前最常用的可生物降解塑料之一,但在对其开展的研究中,缺乏对相对分子质量测定的详细探讨.文中通过合成共聚组成可控的PBAT,研究了PBAT的结构对其相对分子质量测定的影响规律.在使用尺寸排除色谱法测定相对分子质量的过程中,采用良溶剂二氯甲烷替代常用的四氢呋喃,可避免因溶解度低引起的双峰结果的干扰,实现不同共聚组成PBAT相对分子质量的准确测定.此外,首次测定了不同共聚组成PBAT的折光指数增量,并将其用于超高效聚合物色谱-多角度激光光散射仪-示差检测器联用中,测定了PBAT的绝对分子量;将所测绝对重均分子量与特性黏度拟合,得到Mark-Houwink方程的相关参数a=0.74,K= 4.33×10-4.基于优化后的相对分子质量测定手段,研究了所测得的PBAT相对重均分子量与绝对重均分子量的关系.其工作丰富了PBAT的相对分子质量测定手段,揭示了PBAT结构和溶剂对相对分子质量测定的影响方式,对PBAT的相对分子质量表征具有重要的借鉴意义,有助于更深入地理解PBAT相对分子质量对其性能及应用的影响.
辐射降温材料通过在太阳光波段(0.3～2.5 μm)反射太阳光并通过大气透明窗口波段(8～13 μm)将热量辐射到寒冷的外太空以实现表面的自发降温,这是一种可持续发展的制冷方式.然而,材料在户外长期使用过程中会受到雨水冲刷或灰尘沾污而使降温效果受到严重影响.文中通过溶剂交换法制备了具有多孔结构的乙烯醋酸乙烯酯/疏水二氧化硅(EVA/SiO2)复合超疏水辐射降温薄膜.复合薄膜表面的水接触角为160.4°,滚动角为2.6°;在太阳光波段的平均反射率可达96%,大气透明窗口波段的平均发射率为94%.在炎热强日光照射下的空气流通环境中,该薄膜可实现比周围环境平均温度低7℃;在无空气对流和传导的理想条件下可达到12℃的平均降温.薄膜的超疏水自清洁特性可使其表面避免被外界污染从而保持稳定的光学性能和降温效果.该材料适用于户外需要降温的领域,应用前景广阔.
聚天门冬氨酸酯(PAE)聚脲涂料是由氨基酸酯和异氰酸酯制备的弹性材料,具有凝胶时间可控、固含量高、溶剂少、耐腐蚀、绿色环保等特点.因此,它已广泛应用于混凝土防护、防水防腐、胶黏剂、地坪涂料等众多领域,并具有广阔的发展前景.文中综述了PAE聚脲涂料的合成,并详细阐述了其合成原理、优缺点,重点介绍了不同组分和改性方法对产品性能的影响;综述了PAE聚脲涂料在不同领域的应用及应用实例.最后,对其进一步发展和应用进行了展望.
