调控聚氨酯聚集态结构制备高性能介电弹性体

通过退火保温调控聚氨酯(TPU)的相结构、结晶结构和氢键结构,进而调控其模量和介电常数(ε’),提高TPU的电驱动性能.使用扫描电子显微镜(SEM)和小角X射线(SAXS)研究TPU的结晶结构,基于红外光谱对TPU的氢键变化进行半定量分析,使用原子力显微镜(AFM)研究TPU的微相分离结构.结果显示,退火温度和时间不同导致TPU的聚集态结构各异,对模量、ε’和电驱动性能产生了较为复杂的影响.低温(80℃)退火处理后,硬相分布于连续的软段相,且形成了较多软段结晶,相分离程度和氢键破坏程度提高.相比于高温(150℃)退火处理,低温退火后获得较高ε’的同时保持了较低的模量,从而产生较大电致形变.值得注意的是,低温退火条件下产生大范围的软段结晶,使得软段分子链之间排布紧密,导致TPU电击穿强度大幅度提升,得到具有高击穿强度、高电致形变的TPU介电弹性体材料. 80℃退火处理6 h后,TPU的电击穿强度从退火处理前的25 kV/mm提高至32 kV/mm,最大电致形变从0.77%提高至3.3%,提高4.3倍.     

注塑温度对POM/TPU共混物分散相及力学性能的影响

研究了注塑温度对聚甲醛(POM)/热塑性聚氨酯弹性体(TPU)共混物形态结构和力学性能的影响.实验结果表明,注塑温度影响POM基体相与TPU分散相的粘度比,195℃时两者粘度相当,在剪切流动过程中,TPU可在POM基体中形成条状分散相,可吸收较多的冲击能并阻止银纹的生长以及裂纹的产生,从而较大幅度提高共混物的缺口冲击强度.     

热塑性聚氨酯/高乙烯基丁苯橡胶复合材料中纳米二氧化硅的分散状态及其摩擦性能研究

热塑性聚氨酯(TPU)作为鞋底等材料最突出的问题是止滑性能不足，在湿环境和结冰环境下易打滑.纳米填料引起材料表面微观形貌、材料变形能力的变化对抗湿滑有重要影响.本研究将高乙烯基溶聚丁苯橡胶(HVSSBR)与TPU共混，探究了纳米二氧化硅(SiO₂)填充的TPU/HVSSBR(70/30)复合材料中填料的选择性分散，并且采用LAT-100试验机测试了恒定面压下不同SiO₂用量填充的TPU/HVSSBR复合材料在干、湿摩擦表面以及不同冰面温度(-20，-10和-5℃)下的摩擦性能.结果表明，SiO2在TPU/HVSSBR共物中易分散于HVSSBR橡胶相中，造成了材料表面粗糙度和变形能力的差异，使得干摩擦系数下降13.9%，湿摩擦系数提升8.7%;3种冰面温度(-20，-10和-5℃)下摩擦系数最大提升幅度分别为16.9%,17.5%,21.2%. SiO₂的加入能提高材料在湿表面和冰表面上的摩擦系数，进一步改善了TPU止滑性能.     

熔融沉积成型3D打印聚醚醚酮工艺优化研究进展

聚醚醚酮(PEEK)因其具有耐高温、耐腐蚀、高硬度、质量轻、耐疲劳等特点,被广泛应用于机械制造、航空航天等高端领域,可作为金属材料的替代产品。随着科技的进步,PEEK材料被用于精密机械和复杂材料的制造原料,传统注塑成型已无法满足微精密、高强度零部件的需要,限制了其进一步发展和应用。然而,将3D打印技术与PEEK材料体系结合为其制造和应用的发展提供了全新的思路,其中熔融沉积成型(FDM)3D打印PEEK技术的发展尤其突出,但通过FDM成型PEEK的工艺参数因其制造方法的局限性而尚未形成统一标准。因此,本文通过综述近年来FDM工艺参数对PEEK力学性能和结晶度影响的相关研究,总结出FDM打印PEEK的最佳工艺参数,并对FDM打印PEEK的发展前景进行展望。     

弹性体共混改性对聚甲醛结晶行为及力学性能的影响

本文采用不同弹性体——热塑性聚氨酯(TPU)和聚乙烯弹性体乙烯-辛烯共聚物(POE)对聚甲醛(POM)进行增韧改性,研究了纯POM、POM/TPU (85/15)、POM/POE (85/15)三种体系的结晶行为和微观结构演变对材料力学性能的影响。结果表明,由于纯POM在结晶过程中能够形成较大的球晶,球晶边缘无定形区分子耗尽而形成微孔,这些微孔结构导致POM具有较差的缺口冲击强度。弹性体的加入可显著提高POM的结晶速率并大幅减小其球晶尺寸,因此有效减少了微孔数量,从而增加POM的韧性。比较而言,POM/TPU (85/15)的抗冲强度提升更为明显,主要原因在于二者良好的相容性和形成的大量细小球晶;而对于POM/POE体系,二者相容性差,且两者界面对球晶形貌起到了限制作用,因此降低了机械性能。     

交联型PVC/TPU轻质材料的制备和表征

以PVC,TPU为主要原料,加入发泡剂AC,交联剂DCP,空心玻璃微珠及其他助剂经模压成型制备了PVC/TPU轻质材料.通过密度以及机械性能测试研究了TPU用量、DCP用量和空心玻璃微珠含量对PVC/TPU轻质材料性能的影响,用红外光谱研究材料基团的变化,通过凝胶含量测试交联体系凝胶量,用SEM扫描电镜表征了材料的泡孔形状、尺寸以及排列.聚酯型TPU能够提高轻质材料弯曲和冲击强度,TPU加入10份时,共混体系的表观密度最低,为0.30 g/cm3.表观密度随着交联剂DCP的添加先降低后增大,红外表征和凝胶含量测试证实轻质材料体系产生了交联结构.空心玻璃微珠的加入,使得PVC/TPU轻质材料的表观密度和综合机械性能提高明显,即使加入20份空心玻璃微珠密度始终小于1.0 g/cm3.SEM表明,DCP的加入使得泡孔更完整且不易破孔,泡孔壁更厚;空心玻璃微珠分布在泡孔壁上,起到引发泡孔和支撑负荷的作用.     

微波调控石墨烯-碳纳米管协同增强聚氨酯损伤自修复研究

首先采用溶液共混法制备出石墨烯-碳纳米管(G-CNT)/聚氨酯(TPU)复合材料,然后通过拉伸实验及扫描电子显微镜(SEM)表征来考察该材料的拉伸强度和微波自修复特性,并从力学及材料与微波之间的相互作用等角度对其拉伸强度增强和微波修复机理进行研究.结果表明:在拉伸强度方面,与单一的石墨烯或CNT增强TPU相比,G-CNT之间形成的协同效应使TPU拉伸强度得到进一步提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU抗拉强度较纯TPU提高了67%,较G/TPU提高了18%,较CNT/TPU提高了25%;在材料裂纹的微波修复方面,石墨烯和CNT之间的协同效应使TPU材料自修复效果得到有效提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU修复效果达到最高值117%.     

TPU共混增韧POM的研究

通过机械共混的方法制备了聚甲醛(POM)和热塑性聚氨酯弹性体(TPU)复合材料.考察了不同硬度TPU及其含量对共混材料韧性的影响.结果表明,TPU硬度的变化对共混材料的力学性能起着非常重要的作用,硬度为65HA的TPU对POM的增韧效果较好,对POM的相形态和结晶性能影响更为显著.     

一种用于FDM型3D打印的改性PBT

以对苯二甲酸(PTA)、间苯二甲酸(PIA)、癸二酸(SA)和1,4-丁二醇(BDO)为原料,通过直接酯化和减压缩聚的方法制备了一种适合熔融沉积打印(FDM)型3D打印的改性聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)——聚对苯二甲酸间苯二甲酸癸二酸丁二醇酯(PBTIS)。采用核磁共振氢谱(1 H-NMR)、凝胶渗透色谱法(GPC)、差示扫描量热法(DSC)、黏度计和熔体仪、万能电子拉力机和冲击试验机分别研究了其热性能、流变性能和力学性能。研究表明:当n(PTA)∶n(PIA)=7∶3,SA的物质的量分数为3%~5%时,PBTIS具有合适的熔点、良好的拉伸强度和弯曲强度及悬梁缺口冲击强度等力学性能。用桌面拉丝挤出机将PBTIS样品制成卷材并用3D打印机打印,结果表明其可以流畅地打印出所设计的三维物件。     

聚合物基微纳米功能复合材料3D打印加工的研究

高分子材料3D打印加工可制备传统加工不能制备的形状复杂的高分子制件,是近年来发展很快的先进制造技术。但适用于3D打印加工的高分子材料种类少,结构功能单一,难以制备高分子功能器件。本文介绍了我们在聚合物基微纳米功能复合材料3D打印加工方面的研究工作:通过有机/无机杂化、固相剪切碾磨、超声辐照、分子复合等技术制备适合于选择性激光烧结(SLS)和熔融沉积成型(FDM)的聚合物基微纳米功能复合材料;实现了聚合物基微纳米功能复合粉体的SLS加工和功能复合丝条的FDM加工;研究了3D打印低维构建、层层叠加、自由界面成型、复杂固-液-固转变过程;建立了功能复合粉体球形化技术,发明了直接熔融挤出新型FDM打印机;制备了常规加工方法不能制备的数种形状复杂的功能器件,如尼龙11/钛酸钡压电器件、柔性聚氨酯/碳纳米管传感器、个性化人颌骨模型等,突破了传统加工难以制备复杂形状制品和目前3D打印难以制备功能制品的局限。