材料与性能
宋欣雨, 刘柏显, 华晨曦, 陈鹏, 程昌利, 刘禹, 王震宇
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通过直书写式三维(3D)打印工艺将六方氮化硼/硅橡胶(hBN/SR)复合材料成型为不同结构类型的有序多孔网格结构。通过墨水的流变性能以及分散性确定了打印墨水的配比,并通过单丝挤出实验优化打印参数,实现了400 μm线宽的稳定打印。结果表明,hBN/SR复合材料具备优异的成型品质。3种结构均保持良好的形状恢复性,但力学性能差异显著,其中重叠线条立方(AABB)结构弹性模量最低,应力平台区最长,分别为0.8 MPa和42.52 %,面心立方(FCT)结构则具备最好的压缩强度为4.11 MPa。AABB结构的峰值接触力为22.4 kN,具备最好的冲击防护性能。而FCT结构具备最优异的导热性能,其相比简单立方(SC)结构提升58 %。
刘冠宇, 胡方圆, 王胤翔, 李爱民
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研究了聚乳酸(PLA)塑料餐具和纯PLA材料在特定条件下(190 ℃高温水热环境)的降解行为,通过质量变化、扫描电子显微镜(SEM)、高效液相色谱(HPLC)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等多种表征手段分析了PLA塑料在水热处理前后的物化特性变化,并总结了PLA在水热解聚过程中乳酸的产生和宏观结构演变的规律。结果表明,PLA固体降解达到100 %,乳酸溶液能够显著促进PLA的水解过程,且并不影响最终的乳酸转化率(>90 %)。而滑石粉、纤维素、PLA餐具中的添加剂在一定程度上也会促进PLA的水解过程,但会抑制最终的乳酸转化率。此外,聚乙二醇(PEG)会显著抑制PLA水解。PLA塑料在水解过程中存在酯键断裂现象,生成了—OH和—COOH端基,导致含有—OH基团的降解产物增加,而含有C=O键的降解产物的含量几乎不变。
时红阳, 牛喆宇, 赵玲俊, 丁大永
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通过未漂白竹纤维的乙酰化制备了一种新型复合材料,并通过双螺杆挤出和热压进一步制备了聚丙烯(PP)/乙酰化竹纤维复合材料。研究了不同乙酰化程度的竹纤维对PP复合材料界面相容性、力学性能和热稳定性的影响。结果表明,APP⁃1.0样品组复合材料的拉伸强度和弯曲强度比PP材料性能分别提高了26.48 %和106 %。改性纤维的添加可以提高复合材料的结晶速度与结晶度。这突显了利用未漂白纤维制备复合材料的可行性,并强调了乙酰化竹纤维/复合材料在轻工业中的应用。
符雅婷, 聂思颖, 颜兴旺, 刘帅, 俞科静, 钱坤, 王骏
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分别以镀镍碳纤维和不锈钢纤维为增强相,制备了一系列具有不同纤维含量的(0.1 %、0.3 %、0.5 %)、轴向梯度特性的高强泡沫复合材料。通过扫描电子显微镜、开闭孔率、泡孔密度等测试表征,探究了磁性纤维的取向、分布对泡孔形貌的影响规律。利用全自动热失重分析仪、差示扫描量热仪、准静态压缩测试、准静态拉伸测试等探究孔隙结构对泡沫材料的力学性能、热力学性质等的作用机制,并分析总结了相关作用机理。结果表明,当磁性纤维种类为不锈钢纤维,掺杂量为0.5 %时,梯度泡沫具有更显著的结构特性,泡孔尺寸跨度达到11.53 μm,其抗压强度为4 578.96 kPa,比能量吸收达到了340.75 kJ/m3·g,比空白样高出1.74倍。同时在拉伸性能方面,其断裂应力为2 736.25 kPa,断裂伸长率为52 %,在空白样的基础上极大提升。从而证实了磁性纤维的引入有助于形成梯度孔隙结构,利于提升材料的强度以及防护性能。
纪建超, 陈宇宏, 哈恩华
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随着电子科技的飞速发展,电磁波在多个领域得到应用,电磁波在信息传输及探测技术方面的应用尤其突出,由此延伸出来的防电磁污染及防电磁探测方面的需求,则促进了电磁屏蔽材料的开发与研究。导电聚合物具有轻量、低成本、电阻和介电常数可控、可调等优点,被应用于电磁屏蔽材料和吸波材料领域。聚苯胺是导电聚合物中应用最为广泛的材料之一,但从各方面的报道来看,单一的聚苯胺的屏蔽/吸收效果并不理想,要到达高损耗和宽频带的屏蔽/吸收效果比较困难。目前,研究人员通过控制聚苯胺的合成过程,来得到纤维状、螺旋形等异形的材料,希望提高其屏蔽/吸波性能;有的研究人员希望将聚苯胺与其他电介质损耗、磁损耗的吸收剂匹配使用,以得到高损耗、宽频的屏蔽/吸波材料。本文阐述了屏蔽/吸波材料的工作原理,介绍了不同类别聚苯胺基复合材料性能及评价指标,以及其在屏蔽/吸波材料的领域的应用进展,分析了其优点和缺点,并预测了其未来的研究方向和发展趋势。
郭欣, 岑婷婷, 徐海云, 赵晓颖, 项爱民
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在伤口护理过程中,敷料对伤口的恢复具有重要作用。超细纤维膜具有良好的亲水性、透气性、生物相容性,在搭载药物后可制成性能良好的伤口敷料。本文采用静电纺丝方法,以聚乙烯醇(PVA)为基体,通过搭载抗菌剂硝酸银和艾草水煎液(WW),制备一系列具有良好抗菌性能和长效抗菌效果的PVA静电纺丝伤口敷料。经傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)分析,艾草的有效抗菌成分成功搭载到了PVA/Ag+/WW纳米抗菌纤维膜中。纳米抗菌纤维膜的水接触角由50.5 °降低到23.5 °,表明润湿性得到提升。当艾草水煎液浓度达到80 %时,PVA/Ag+/WW纳米抗菌纤维膜对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌的抑菌圈大小分别为16.02 mm、16.29 mm、16.22 mm,且纳米抗菌纤维膜的有效抗菌时间为3周。综上,本研究利用硝酸银和艾草水煎液两种抗菌剂复配提高抗菌功效,制备出了一种性能良好,且具有长效抗菌性能的纳米抗菌纤维膜,该材料有望用于伤口敷料等医用领域。
王睿褀, 肖芳莉, 郑亚楠, 祖雷, 刘洋, 汪晓东, 连慧琴
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以锂离子电池电极常用的聚偏氟乙烯及羧甲基纤维素、聚丙烯酸、海藻酸钠等为黏结剂,研究了黏结剂组成结构对新型黑磷基负极材料的影响规律。通过溶胀性、剥离性,浸润性和扫描电子显微镜(SEM)等方法对电极材料进行测试表征,并测试了电池的电化学循环性稳定及倍率性能。结果表明,聚丙烯酸黏结剂电池的比容量、循环稳定性、倍率性等综合性能最好,在0.5 A/g的电流密度下,首次可逆比容量高达1 960.4 mAh/g,循环50圈后的容量保持率高达89.3 %。
梁能德, 唐世超, 陈思越, 钟柳, 王启卫
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设计合成了两种易于获得的降冰片烯基硅烷偶联剂(NMKSC、NHKSC)用于改性高岭土,并制备了降冰片烯基高岭土/聚双环戊二烯(PDCPD)复合材料。结果表明,降冰片烯基高岭土可在双环戊二烯中良好分散,同时所得降冰片烯基高岭土/PDCPD复合材料的冲击韧性可提升225 %,拉伸强度和弯曲强度可提高约10 %。这些降冰片烯基高岭土/PDCPD复合材料玻璃化转变温度可提升至160 ℃,表现出良好的热稳定性。
郭汉乡, 王锦清, 杜建强, 辜少捷, 黄炎煌
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研究并介绍了行业首款基于同步双拉工艺开发的聚丙烯电容超薄膜。将其与常规异步工艺的商业化超薄膜作结构与性能的对比研究。结果表明,相较于异步工艺,同步超薄膜的晶粒尺寸大,取向和熔点低;但结构双向差异小,整体结构均匀。虽然同步超薄膜的力学强度低,热收缩率高。但其击穿强度的Weibull拟合更收敛,10 %概率的临界击穿强度比异步膜高出15 %,绝缘稳定性好。此外,国外超薄膜具备晶粒细化、高熔点、双面结构一致等结构特点,因而在部分性能上具有优势。
加工与应用
刘志华, 高志鲲, 保楠楠, 黄照夏, 何和智
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天然橡胶的交联是其获得高弹性的前提,只有经过交联的天然橡胶才具有实用价值,于是对于天然橡胶的硫化方法的改进一直备受关注,如何探索出一种绿色、高效、高质、节能的硫化方法是目前研究的热点问题。针对这一问题,本文提出了一种在循环脉冲力场下硫化天然橡胶的加工手段,旨在通过脉冲力场促进天然橡胶分子与硫磺分子反应,实现天然橡胶的强制硫化。通过交联密度测试、傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)、动态热机械分析(DMA)等表征手段分析了天然橡胶在脉冲力场下的结构与性能演变规律,证明了脉冲力场能有效促进天然橡胶内部碳碳双键的反应,形成更多的交联位点,构建更加完善的交联结构,从而提升制品的力学性能。结果表明,与传统硫化成型相比,脉冲强制硫化成型制备的样品拉伸强度从13.857 MPa提升至18.527 MPa,提高了33.7 %;硬度从56 Shore A提升至61 Shore A,提高了8.9 %;密度从0.946 g/cm³ 提升至0.970 g/cm³。综上,研究表明脉冲强制硫化能显著提升天然橡胶的力学性能,为制备高性能橡胶提供了一种新型的硫化方法。
张恩祥, 杨卫民, 徐欣, 章琪, 冀泉宇, 徐志明, 迟百宏
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随着航天器轻量化与多功能集成需求的日益迫切,传统制造工艺在复杂结构成型与多物理场功能集成方面面临严峻挑战。本文系统综述了选区激光熔化(SLM)技术在航天器承载、热控复合结构一体化设计与制造中的研究进展。通过分析SLM技术的工艺特征及其对材料性能的调控机制,梳理激光参数、保护气氛等关键因素对制品性能的影响规律;重点阐述SLM加工材料体系的最新突破,特别是聚合物⁃金属复合材料研究进展。最后结合航天应用场景,探讨SLM成型点阵结构、大型航天装备及微槽道热管的性能优化策略,为航天多功能结构设计提供理论参考。
赵炳祺, 裴文宇, 初朝阳, 付中禹
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本研究采用流变学方法,系统考察了加成型双组分液体硅橡胶的交联硫化过程。通过调节乙烯基与硅氢基反应官能团摩尔比、硫化温度、含氢硅油活性氢含量等因素,考察了它们对加成型双组分液体硅橡胶交联硫化行为的影响。此外,还探讨了剪切诱导的取向效应对加成型双组分液体硅橡胶硫化特性的作用。结果表明,凝胶点时间受多种因素调控,具体表现为:乙烯基与硅氢基反应官能团摩尔比、硫化温度以及含氢硅油活性氢含量的提高均会导致凝胶时间提前;而反应体系的预剪切迫使双组分硅油分子链发生取向,延缓反应体系凝胶化。
助剂
张文莉, 徐慧, 夏建俊, 徐鹏武, 钮德宇, 杨伟军, 翁怡薇, 马丕明
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以油酸甲酯(MO)、油酸丁酯(NBO)为原料,先环氧化,再分别与水杨酸(SA)反应,最后与乙酸酐反应合成了两种生物基增塑剂乙酰油酸甲酯⁃水杨酸酯(A⁃MO⁃SAE)和乙酰油酸丁酯⁃水杨酸酯(A⁃NBO⁃SAE),并与环己烷1,2⁃二甲酸二异壬基酯(DINCH)进行比较。通过傅里叶变换红外光谱仪和核磁共振谱仪对产物的结构进行表征;通过拉伸测试、耐迁移测试和透明性测试等比较不同增塑剂塑化聚氯乙烯(PVC)的性能差异。结果表明,烷基链较短的A⁃MO⁃SAE对PVC有更好的增塑效果,在质量损失50 %时,A⁃MO⁃SAE的分解温度为326 ℃,比DINCH高23 ℃,使PVC膜表现出更优异的热稳定性;其塑化的PVC膜拉伸强度为35.2 MPa,断裂伸长率为 462.9 %,透过率高达92 %,且A⁃MO⁃SAE具有更好的耐挥发性和耐抽出性。总之, A⁃MO⁃SAE是一种综合性能优异的环保增塑剂,可以显著提高PVC各项性能。
塑料与环境
孟海鱼, 李丹婷, 吴志强, 刘力闻, 范梦旭, 李怀恩
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应用热失重分析仪研究了蘑菇菌渣与高密度聚乙烯(PE⁃HD)在不同掺混比例和升温速率下的共热解行为,基于动力学和热力学分析探究了共热解过程协同效应。结果表明,共热解分为4个失重阶段,即脱水、半纤维素和纤维素的热分解、PE⁃HD大分子及木质素的共同热降解以及木质素的持续分解和炭化成焦。在410~550 ℃热解区间PE⁃HD热解产生的活性自由基与菌渣热解的中间产物发生相互作用,当PE⁃HD掺混比例为25 %和50 %时,产生了明显的协同效应,促进热解反应产生了更多的挥发性产物,热解平均活化能相比理论预测值分别降低了16.29 %和29.70 %(KAS模型)。Criado分析表明,反应级数和扩散模型(F1和D1)适合描述混合样品第一个主要热分解阶段的反应,扩散、几何收缩和成核增长模型(D4、R3和A3/2)适合描述第二个主要热分解阶段的反应,各阶段动力学机理与掺混比例有关。热力学分析也表明,共热解有利于热分解反应,PE⁃HD掺混比例为25 %和50 %时的焓变低于理论预测值,协同效应更加显著。
张彦军, 杜闰萍, 宋小飞, 许杰
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废塑料的资源化利用已成为社会共识,本文在分析废塑料回收利用和热化学回收产业形势的基础上,针对废塑料热解和气化技术路线的发展,从解决应用问题的角度进行了分析,进一步提出了废塑料热化学回收技术发展的4个趋势和产业发展的10个判断,对废塑料回收利用的商业模式和产业形势进行了展望,将为废塑料热化学回收的发展提供方向指导,同时为促进我国废塑料资源回收利用提供技术选择参考。
周天宇, 李玖重, 李晓睿
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采用不同钙钛矿催化剂和复配催化剂,在醇解剂的作用下,对废旧聚异氰脲酸酯泡沫塑料(PIR)进行有效降解,得到降解产物多元醇,利用降解产物发泡得到再生PIR泡沫塑料。对降解产物进行黏度测试分析,对再生PIR泡沫进行表观密度、压缩强度、导热系数、红外光谱及热稳定性分析表征。结果表明,LaNiO3钙钛矿催化剂的最佳加入量是0.02 g,此时降解产物的黏度为2 336.4 mPa·s;发泡再生PIR泡沫的压缩强度为0.399 MPa,表观密度为0.046 4 g/cm3,导热系数为0.024 W/m·K。复配催化剂最佳配方是“0.2 g NaOH+0.01 g LaNiO3”,此时降解产物的黏度为2 201.6 mPa·s;发泡再生PIR泡沫的压缩强度为0.395 MPa,表观密度为0.040 8 g/cm3,导热系数为0.023 W/m·K。表观密度、压缩强度和导热系数等性能指标均能达到国标要求。
张青海, 陈汝盼, 陈俊荣, 王小君
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针对工业副产物硫酸钙(CaSO4)处理难题及环氧树脂(EP)高可燃性带来的安全隐患,提出了一种将CaSO4应用于EP阻燃改性的绿色解决方案。通过将CaSO4与焦磷酸哌嗪(PAPP)和三聚氰胺(MEL)复配,引入EP中制备复合材料,并对其力学性能和阻燃性能进行了系统评估。结果表明,CaSO4的引入对复合材料的拉伸和弯曲强度无显著影响。同时,CaSO4显著提升了阻燃性能,EP/30CaSO4的峰值热释放速率(pHRR)和总热释放量(THR)分别降低至322.5 kW/m2和44.0 MJ/m2,较纯EP分别下降66.6 %和49.5 %;峰值烟雾释放速率(pSPR)和总烟雾释放量(TSP)分别下降53.9 %和40.1 %;有害气体CO和CO₂的释放量也分别减少71.4 %和72.2 %。此外,CaSO4的引入显著改善了残炭结构,形成了连续致密的炭层。本研究为工业副产物的高效利用及EP阻燃改性提供了一种绿色、高效的策略,具有重要的应用价值。
综述
王迪, 马艺涛, 党开放, 蔡冬杰, 谢鹏程, 杨卫民
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基于聚乙醇酸(PGA)的可吸收组织夹,兼具力学强度与可控降解特性,能有效规避传统夹闭器械的局限性,在微创外科手术中具有良好的应用前景。本文系统综述了PGA可吸收组织夹的结构优化与材料改性研究进展,重点分析了力学增韧和降解调控的关键问题,探讨了共混改性、接枝增韧等方法对PGA力学性能和降解行为的影响。此外,本文归纳了当前PGA组织夹在结构设计及临床应用中的挑战,并提出未来研究方向,包括优化PGA材料的韧性与降解速率、提升力学性能、增强生物相容性,以及加强临床验证研究,以推动PGA可吸收组织夹在微创手术中的应用和推广。
邬熙豪, 尚晓燕, 马刘刘, 朱从山, 汤俊杰, 段浩
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综述了有关聚碳酸酯/苯乙烯⁃丙烯腈⁃丁二烯共聚物(PC/ABS)相容化的研究,并总结了影响其相容性的因素。其中综述并对比了不同结构相容剂对改善PC/ABS混合物(合金)相形态和力学性能的影响和最新进展。其中,基于马来酸酐或环氧基团的反应型相容剂表现尤为突出。此外,还探讨了PC/ABS混合物(合金)相容化的研究对其潜在的发展方向进行了展望。