本期目录

2021年 35卷 3期 刊出日期：2021-03-26 上一期 下一期

材料与性能

矿物填料填充聚乙烯/麦秸杆复合材料性能比较

段婧婷, 张效林, 王哲, 李少歌, 迪静静, 吕金燕, 朱晓凤, 王毅

2021, 35 (3): 1-7; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.001

摘要 ( 748 ) PDF (2691 KB)( 367 ) HTML ( 20 )

以麦秸杆纤维（WSF）和高密度聚乙烯（PE?HD）为原料，以白云石粉、硅灰石粉及滑石粉为填充料，通过熔融混炼及注射成型的方法制备了PE-HD/WSF/填料复合材料，并通过差示扫描量热仪、扫描电子显微镜和电子万能试验机等考察分析了填料种类及含量对复合材料结晶性能、微观形貌和力学性能等的影响。结果表明，在WSF的含量为40 %的配比下，复合材料的拉伸和弯曲强度随填料含量的增多呈现先增大后减小的趋势；当填料含量为5 %时，PE-HD/WSF复合材料的各项力学性能达到最佳，且硅灰石的增强效果优于白云石、滑石粉，结晶速率也最大；而用填料部分代替PE-HD则会使复合材料的耐水性减弱，同样在5 %的填料含量下得到吸水率的极小值，白云石增强的复合材料吸水率最低；拉伸试样断面形貌显示，细小填料颗粒不同程度地镶嵌在WSF与基体PE-HD之间，减少了WSF与PE-HD的间隙，改善了界面结合性。

抑制水中藻类生物包装材料的制备及性能表征

李绍菁, 杨福馨, 杨菁卉, 陈祖国, 王广林

2021, 35 (3): 8-15; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.002

摘要 ( 731 ) PDF (3346 KB)( 365 ) HTML ( 22 )

以山梨酸钾（PS）、氟酸（FA）和盐粉作为抑菌剂，聚甘油酯（PGE）为分散剂，对基材聚丙烯（PP）树脂进行改性，通过不同比例的抑菌剂与基料经共混熔融、造粒流延等工艺制备了憎藻薄膜。对憎藻薄膜的力学、光学、透气、透湿、疏水和耐水等性能指标进行了测试，并通过微生物菌落总数的测定考察憎藻薄膜对藻类微生物的抑制效果。结果表明，添加4 %的山梨酸钾后憎藻薄膜横纵向拉伸强度均达到最大值，分别是（21.44±1.63）、（32.03±1.26） MPa；随着抑菌剂浓度的增加，憎藻薄膜的光学性能、透气率和透湿率下降，疏水性能提高；微生物菌落总数的测定结果表明山梨酸钾和FA均可抑制藻类微生物的生长，且随着抑菌剂添加量的增加，抑菌效果越明显，表现出了良好的防污性和抗菌性。

改性勃姆石对聚丙烯性能影响研究

叶晋纶, 杨丽庭, 李彦涛, 曾聪, 李臻, 黄文杰, 关嘉伟

2021, 35 (3): 16-22; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.003

摘要 ( 752 ) PDF (2944 KB)( 266 ) HTML ( 30 )

将勃姆石用酞酸酯偶联剂（TC-114）进行活化改性处理，将其与聚丙烯（PP）进行熔融挤出得到PP/改性勃姆石复合材料，采用热重分析仪、差示扫描量热仪、极限氧指数测试仪、锥形量热仪等探究改性后勃姆石对PP性能的影响。结果表明，经过偶联剂处理的勃姆石填充PP后所得的复合材料的弯曲强度与纯PP对比的提高了14.4 %，冲击强度提升了30.6 %，而与未改性勃姆石填充的复合材料比弯曲强度提高了6.9 %，冲击强度提升了5.7 %，且断裂伸长率相较于未改性的复合材料提升4倍；改性勃姆石填充聚丙烯复合材料的熔体流动速率、热稳定性以及极限氧指数相较于纯PP都有较大程度提升；改性后的勃姆石有增强聚丙烯力学性能性能的效果，并且随着填入量的增加，热稳定性和阻燃性能都随之提高。

PP/EVA复合发泡材料的制备与性能研究

张静, 李小晴, 周海瑛, 江文正, 钟金环, 李文珠, 张文标

2021, 35 (3): 23-29; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.004

摘要 ( 1236 ) PDF (3255 KB)( 769 ) HTML ( 20 )

以高熔体强度聚丙烯（PP）和乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）为主要原料，通过化学?模压发泡法制备聚丙烯/乙烯-醋酸乙烯酯（PP/EVA）发泡复合材料并采用差示扫描量热仪（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、旋转流变仪等设备对复合材料测试分析，研究了不同含量EVA对PP发泡性能及力学性能的影响。结果表明，EVA的加入对PP的结晶度影响不大；当EVA添加量为5 %时，复合发泡材料的弯曲强度明显提高，从10.8 MPa提高到了15.5 MPa，但对拉伸强度影响不大；同时，复合材料泡孔孔径从68.36 μm减小到33.58 μm，孔径分布更均匀；在EVA添加量为5 %时，泡孔平均直径达到最小值，泡孔密度达到最大值，泡孔孔径分布最集中。

碳纳米管/纤维素在不饱和聚酯树脂中的分散性及力学性能研究

滕方瑞, 王小峰, 蒋晶, 崔鑫楠, 韩文娟, 宇山浩, 李倩

2021, 35 (3): 30-37; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.005

摘要 ( 741 ) PDF (3677 KB)( 512 ) HTML ( 8 )

在超声改善MWCNT在不饱和聚酯树脂的分散性的基础上，通过非共价官能团化的方法引入处理过的天然填料柠檬酸化纤维素（CNFCA）来增强不饱和聚酯树脂，并采用偏光显微镜、旋转流变仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机等对不饱和聚酯树脂纳米复合材料的结构和性能进行了研究。结果表明，MWCNT的加入可以使不饱和聚酯复合材料的拉伸性能提高，通过溶剂辅助超声的方法可以使MWCNT的分散性提高，从而进一步提高不饱和聚酯纳米复合材料的力学性能；CNFCA的加入使得不饱和聚酯树脂纳米复合材料的力学性能得到较大程度的提高；超声分散和研磨的方法可以有效地将CNFCA和MWCNT结合在一起，从而提高其在不饱和聚酯中的分散能力。

丁基锡酸根插层类水滑石的制备及其在PVC中的性能研究

李先铭, 张宁, 刘征原, 刘会媛

2021, 35 (3): 38-43; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.006

摘要 ( 663 ) PDF (2282 KB)( 214 ) HTML ( 12 )

以丁基锡酸、硝酸镧、硝酸钙、硝酸锌为主要原料分别制备了丁基锡酸根插层锌铝镧类水滑石（ZnAlLa-BS-LDHs）和丁基锡酸根插层钙铝镧类水滑石（CaAlLa-BS-LDHs），通过红外光谱仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜进行结构表征，采用刚果红法、烘箱变色法、转矩流变仪测定了类水滑石添加后PVC的热稳定性能，利用极限氧指数法、垂直燃烧法（UL 94）、力学谱仪测定了其阻燃性能和拉伸性能。结果表明，单独ZnAlLa-BS-LDHs添加时，出现“锌烧”现象，CaAlLa-BS-LDHs具有较好的热稳定性能，试样初期白度为30 min，扭矩值较低；单独添加ZnAlLa-BS-LDHs时表现出更优的阻燃性能，试样极限氧指数（LOI）为27.6%；两者复配质量份数为0.75/2.25时协同效果最佳，静态及动态热稳定时间分别为110、43.5 min，试样初期白度延长至40 min，扭矩适中；两者复配比例为2/1时可提高试样LOI至29.7 %，UL 94燃烧等级降至V-0级；两者复配前后对材料的拉伸性能影响不大。

PE⁃g⁃MAH对聚酰胺6/导电炭黑复合材料性能的影响

李胤, 周松, 鲁超飞, 罗玉梅, 白小东

2021, 35 (3): 44-49; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.007

摘要 ( 587 ) PDF (1546 KB)( 330 ) HTML ( 10 )

采用马来酸酐接枝聚乙烯（PE-g-MAH）以同时提高聚酰胺6/导电炭黑（PA6/CB）复合材料的抗静电性能和韧性，利用双螺杆挤出机和注射成型机制备了系列PA6/CB、PA6/PE-g-MAH和PA6/PE-g-MAH/CB复合材料，并通过扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪 （DSC） 等观察和表征了材料的形貌和结晶性能，测试了材料的力学性能和抗静电性能。结果表明，添加7.5 %（质量分数，下同）的CB后PA6韧性显著降低，CB对PA6结晶有异相形核作用；PE-g-MAH与PA6有较好的相容性，PE-g-MAH韧相能均匀分散在PA6和PA6/7.5 %CB中；添加PE-g-MAH后可提高CB在PA6中的分散性，改变CB的选择性分布，提高PA6/PE-g-MAH/7.5 %CB三元复合材料的电导性能；添加PE-g-MAH还可显著提高PA6和PA6/CB7.5 %的冲击强度和断裂伸长率；添加少量PE-g-MAH能促进复合材料中PA6的结晶。

几种常见给水PVC工程管道的对比分析

朱瑞霞, 甘露, 武芷萱

2021, 35 (3): 50-58; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.008

摘要 ( 755 ) PDF (3377 KB)( 492 ) HTML ( 9 )

从混配料技术要求、允许内压及抗外压能力、设备要求、性能指标要求及接口形式5个方面分别介绍并对比了硬聚氯乙烯（PVC-U）给水管、高性能硬聚氯乙烯（PVC-UH）给水管、抗冲改性聚氯乙烯（PVC-M）给水管及双轴取向聚氯乙烯（PVC-O）给水管4种硬质聚氯乙烯管材，并重点总结了PVC?UH管道的选取优势和应用案例，最后针对PVC?UH管道的施工给出了实践性建议。

金属基聚合物复合材料短纤维桥接界面强化机理

计操, 周国发

2021, 35 (3): 59-66; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.009

摘要 ( 627 ) PDF (3057 KB)( 430 ) HTML ( 9 )

针对金属基聚合物复合材料易诱发界面剥离损伤失效的共性问题，研究了通过多层复合组装注射成型，在聚合物复合层与粘接层界面形成短纤维桥接，实现复合界面强化。基于内聚力剥离损伤模型，构建了短纤维桥接强化界面剥离裂纹扩展断裂失效过程的模拟仿真技术，模拟建立了界面剥离裂纹快速失稳扩展断裂损伤失效临界载荷—桥接纤维特性—界面剥离断裂韧性（损伤启裂应力T₀和临界应变能释放率G_c）的协同关联理论，诠释了短纤维桥接界面强化机理，提出了预防短纤维桥接强化界面诱发剥离裂纹快速失稳扩展失效的设计准则。结果表明，当桥接纤维密度为20根/mm²，可使其临界载荷增加55.9 %，临界载荷受控于桥接纤维密度、初始预裂纹面积、损伤启裂应力和临界应变能释放率，且与桥接纤维密度、损伤启裂应力和临界应变能释放率呈正关联关系，而与初始预裂纹面积呈负关联关系。

加工与应用

4WS型转子密炼机气液两相流场分析

韩博宏, 何延东

2021, 35 (3): 67-73; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.010

摘要 ( 629 ) PDF (3939 KB)( 255 ) HTML ( 4 )

采用瞬态计算方法与滑移网格技术，对4WS型密炼机流场全填充条件与气液两相条件进行对比分析。结果表明，全填充条件下，流场的最大速度以及最大剪切速率均位于转子棱顶位置，压力最大正压位于转子推进区，最大负压出现在背压区，转子棱顶掠过部位具有较高的混合指数，背压区混合指数最低；气液两相条件下，胶料流出两侧密炼室时几乎没有扩散流动，速度与剪切速率最大位置不仅位于转子棱顶，还存在于两侧密炼室内胶料相与空气相交界面处，左右密炼室胶料群内具有较高的混合指数，且没有明显分布规律。

食品包装高分子材料技术进步与升级

徐萌, 高达利, 张师军

2021, 35 (3): 74-82; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.011

摘要 ( 829 ) PDF (1858 KB)( 1057 ) HTML ( 24 )

分析了常用的包装高分子材料性能及优缺点，结合新型的加工方法和材料领域最新进展，分别讨论了双向拉伸聚乙烯、流延聚乙烯、聚丙烯薄膜、LISIM法双向拉伸聚酰胺薄膜和聚酯薄膜等包装材料；综述了多层复合包装材料的研究现状，对未来食品包装技术的发展趋势进行了展望，认为包装材料将向高阻隔、低重量和绿色化方向发展，而采用复合技术和先进加工技术能够实现高性能包装材料的制备。

注射成型发泡过程中温度和剪切速率对CO₂扩散行为影响的分子动力学研究

蔡恒芳, 孙玲

2021, 35 (3): 83-89; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.012

摘要 ( 521 ) PDF (3698 KB)( 302 ) HTML ( 4 )

为研究临界CO₂辅助聚乳酸（PLA）注射成型发泡过程中，温度和剪切速率对CO₂扩散行为影响。应用分子动力学模拟方法，以PLA和CO₂为研究对象，基于周期性边界条件和SA算法，引入CAMPASS力场，构建PLA/CO₂扩散模型，对模型进行能量最小化处理。从温度和剪切速率两个方面研究在注射成型发泡过程中PLA主链活跃性、体系能量响应、均方回转半径对CO₂分子在PLA中扩散行为的影响。结果表明，CO₂扩散系数在不受剪切力作用时，随着温度升高而增大，温度达到388 K时，CO₂扩散系数达到0.219 8×10^-5 cm²/s；受剪切力作用时，随着剪切速率增大而增大；温度为378 K，剪切速率为1 ps^-1时，扩散系数达到17.743 6×10^-5 cm²/s；PLA分子链所处环境温度不断提高，分子链能量升高，活跃性提高，CO₂分子扩散路径增多，从而提高CO₂扩散速率；分子链所受剪切力不断增大，分子链能量升高，活跃性提高，单个分子链从缠结网络中剥离出来，沿剪切力方向形成流动取向，从而提高CO₂扩散速率。

非金属管道的受力分析与结构设计

曾文广, 杜栋栋, 葛鹏莉, 高多龙, 肖雯雯, 许艳艳

2021, 35 (3): 90-96; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.013

摘要 ( 502 ) PDF (4258 KB)( 315 ) HTML ( 3 )

针对顺北油田苛刻的腐蚀环境和特殊的地形地貌，地面集输管线建设面临沙丘起伏大（落差>10 m）、移动性强（沙暴天气>1个月）等不利因素，开展非金属材料管体和接头的受力分析和结构设计研究。利用有限元分析软件对不同内径的管材在不同外压载荷作用下展开的分析，计算管材在不同载荷下对管材挠度与应力的影响，校对所设计的结构是否能达到使用标准。结果表明，在内压载荷下增强层是主要承压层，增强层损坏意味着管道的失效；外压载荷下的风力载荷对管道影响最小，惯性载荷与沙丘移动均对悬空管道产生较大影响，可以通过应力分析来判断管道连接的可行性。

CH₄在PVDF中渗透行为及机理的分子模拟研究

张学敏, 王品, 李厚补, 周腾, 肖春红, 冯金茂, 钟明强

2021, 35 (3): 97-104; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.014

摘要 ( 507 ) PDF (3047 KB)( 344 ) HTML ( 16 )

采用巨正则蒙特卡洛法（GCMC）和分子动力学法（MD）相结合的方法模拟研究了典型气体CH₄在聚偏氟乙烯（PVDF）中的吸附扩散行为，探讨了温度及压力对气体吸附扩散能力的影响，分析了CH₄在PVDF中的吸附位点及扩散轨迹。模拟结果表明，CH₄在PVDF中的溶解系数、渗透系数随温度的升高先增大后减小，随压力的升高而增大；扩散系数和自由体积分数均随温度和压力的升高而增大；吸附过程中，CH₄在PVDF内呈现有选择性地聚集吸附，且多吸附于模拟晶胞中的低势能区；随后，PVDF内的CH₄分子在以空穴形式存在的自由体积之间进行扩散，温度越高、压力越大，扩散能力越强。

助 剂

PET在油茶壳炭C⁃SO₃H基固体酸催化剂下的液化行为研究

刘润清, 邢明明, 黄继明

2021, 35 (3): 105-111; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.015

摘要 ( 483 ) PDF (1951 KB)( 342 ) HTML ( 6 )

以废弃生物质油茶壳为原料，在经过一系列炭化、磺化后成功制备了一种新型的炭基固体酸催化剂（C-SO₃H），考察了催化剂制备过程中温度和浓度等因素对催化活性的影响，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、红外光谱仪和核磁共振波谱仪等对催化剂及其催化废弃聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的催化效率、催化机理等进行了测定和分析。结果表明，催化剂的最佳制备条件为：浸渍比1∶1、浸渍浓度2 mol/L、炭化温度700 ℃、磺化温度160 ℃；催化PET的最大的转化率和BHET回收率分别为95 %和68 %；催化剂微观呈现无定型炭结构，含有大量的羟基，具有较大的比表面积；醇解反应产物为单体BHET。

标准与测试

聚乙烯管材标准发展现状分析

施建峰, 胡安琪, 郑津洋

2021, 35 (3): 112-123; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.016

摘要 ( 611 ) PDF (2961 KB)( 498 ) HTML ( 9 )

对比了聚乙烯管道和金属管道设计方法的差异，分析了标准中对于管材最小壁厚的计算公式差异的原因。综述了聚乙烯管道标准两个体系的区别和联系，其中一个是国际公认的国际标准化组织（ISO）编制的标准体系，另一个是美国机械工程师学会（ASME）、美国材料实验协会（ASTM）、美国塑料管道协会（PPI）编制的标准体系，两个标准体系对聚乙烯材料分级的依据和测试方法不同，壁厚计算中的设计系数取值方式也不同。分析了国内外现行标准中存在的问题，建议中国以当前聚乙烯管道在燃气、给水与核电等领域快速发展为基础，研制出既能满足这些领域应用发展需求，又适应中国现有聚乙烯管道行业发展现状的技术标准体系。

基于Fisher判别⁃支持向量机的汽车灯罩显微激光拉曼光谱研究

颜文杰, 卫辰洁, 范琳媛, 王继芬

2021, 35 (3): 124-129; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.017

摘要 ( 473 ) PDF (1598 KB)( 305 ) HTML ( 2 )

为实现对司法鉴定工作中经常遇到的汽车灯罩类物证进行数据化、可视化的无损高效率鉴别，采用PCA主成分分析前处理结合FDA-SVM（RBF）组合分析鉴别物证的方法，对获取的“奥迪”“别克”等18个品牌的173组拉曼红外光谱数据进行了实验和理论分析。借助Pearson相关性分析和PCA主成分分析的结果选择特征位移，分别建立基于Fisher判别分析和SVM支持向量机的数据分类模型。结果表明，FDA模型和SVM（RBF）模型对灯罩样本的综合区分准确率分别为97 %和51.85 %，SVM模型对“奔驰”“别克”等8个品牌的区分准确率达到了100 %，FDA与SVM模型互相补充的FDA-SVM（RBF）模型可对不同品牌灯罩拉曼红外光谱进行准确区分，分类效果较好。该方法高效、准确，对侦查破案中借助灯罩物证鉴定缩小侦察范围有一定的参考意义。

综述

低介电损耗环氧树脂复合材料的研究进展

罗轩昂, 刘述梅, 赵建青

2021, 35 (3): 130-138; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.018

摘要 ( 1146 ) PDF (2661 KB)( 1253 ) HTML ( 35 )

物联网（IoT）和第五代移动通信技术（5G技术）的飞速发展，对封装材料和元器件基材的介电性能提出了更高的要求，开发具备低介电常数以及低介电损耗的环氧树脂（EP）成为重要的研究方向。本文从原料、固化条件、填料、共混共聚和层状复合等几个方面对制备低介电损耗环氧复合材料的方法进行了综述，同时简要分析了各种研究方案获得低介电损耗的主要原因，最后例举了低介电环氧树脂目前仍存在的一些问题，并对未来的研究方向进行了展望。

植酸在聚合物材料阻燃应用领域的研究进展

张泽, 刘帅东, 崔永岩

2021, 35 (3): 139-150; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.019

摘要 ( 1603 ) PDF (3906 KB)( 772 ) HTML ( 23 )

植酸具有较高含量的阻燃元素磷，作为一种重要的有机磷系添加剂已被广泛地应用在食品、医药等领域，而作为阻燃剂的应用目前尚有较大的发展空间。按照织物阻燃、塑料阻燃、搭建绿色阻燃膨胀体系将植酸在聚合物材料阻燃应用上的研究成果分为3类，并对一些优秀科研成果的研究思路、内在原理、改性效果进行了简要介绍。最后，提出了未来在植酸阻燃应用发展方向的思考。

耐高温锂离子电池隔膜材料应用现状及发展

祝问遥, 邵伟光, 王新华, 李华, 叶海木, 蔡利海

2021, 35 (3): 151-160; DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.020

摘要 ( 1142 ) PDF (4195 KB)( 1390 ) HTML ( 39 )

分类总结了已有产业化耐高温电池隔膜材料的研究进展与制备工艺，着重介绍了采用不同涂覆材料与基体材料的传统与新型耐高温锂离子电池隔膜的耐热性能，并对耐高温锂离子电池隔膜材料进行了特点归纳与研究展望。