超疏水高分子材料表面的微结构设计及其可调的黏附性

采用微注射压缩技术,以单步模板法制备表面具有微结构的大尺寸聚丙烯样品.以2种目数不同的筛网为模板,制备的样品表面呈现由微棱和高纵横比的微锥体构成的双级复合微结构;构建由上述2种筛网与2种孔径不同的冲孔板叠加而成的4种模板,制备的样品表面呈现由均匀分布的微柱和其顶面的上述双级复合微结构构成的三级复合微结构.这6种表面的静态接触角均高于150°(即呈现超疏水特性),滚动角在5.5°至大于90°之间变化(即黏附性可在大范围内调节).对在直径较小的微柱上成型数量较少的微锥体和微棱的表面,水滴形成全局非复合润湿状态,从而呈现高粘附特性(花瓣效应);对在直径较小的微柱上成型数量较多的微锥体和微棱的表面,水滴形成局部非复合润湿状态,呈现较高粘附特性;对呈现双级复合微结构或在直径较大的微柱上成型数量较多的微锥体和微棱的表面,水滴形成全局复合润湿状态,呈现较低粘附特性,其中微锥体及其间隙较小的表面呈现荷叶效应.     

注压成型纳米结构PP/POE共混物表面的液滴低温冲击行为

以制备的阳极氧化不锈钢模板为模具嵌件, 采用注射压缩成型(ICM)工艺快速成型表面具有纳米丝结构的柔性聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物(PP/POE, PP与POE质量比为3∶1)共混物复制物和准刚性PP复制物, 研究常温液滴冲击?10 ℃复制物表面的动态行为. 结果表明, 致密的纳米丝使复制物表面呈现超疏水、 极低黏附的润湿状态. 在低冲击速度范围内, 共混物复制物表面上液滴的接触时间比PP复制物上的短, 可归因于液滴铺展阶段柔性纳米丝储存的弹性势能在回缩阶段转换为液滴的动能; 在高冲击速度范围内, 共混物复制物基板和纳米丝储存的弹性势能被转换为液滴的动能, 进一步缩短了液滴的接触时间. 此结果表明, 共混物复制物的柔性和表面超疏水性使其具有优异的防冻黏性能. 共混物复制物表面上水滴(50 μL)的结冰时间得到明显延长、 冰黏附强度明显降低. 研究结果表明, 可采用ICM快速成型具有优异防冻黏和防冰性能的柔性超疏水高分子材料表面.     

低含量聚乳酸对微孔发泡聚丁二酸丁二醇酯泡孔结构的改善

通过挤出制备了可生物降解聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和3种聚乳酸(PLA)含量(7 wt%、15 wt%和20 wt%)的PBS/PLA共混物样品,采用超临界二氧化碳作为物理发泡剂对样品进行间歇发泡,研究发泡样品的泡孔结构,并分析其形成机理.在120oC发泡温度(Tf)下,借助PLA对PBS熔体黏弹性尤其是熔体强度的改善,获得了分布较均匀、形状较规则、直径较小(平均值约10μm)的微孔;共混物发泡样品的直径分布明显变窄,且符合高斯分布,这归因于细小的PLA相较均匀地分布于PBS基体中.进一步地,研究Tf对PBS和PLA含量为15 wt%的PBS/PLA共混物发泡样品泡孔结构的影响.结果表明,加入15 wt%的PLA使PBS的Tf下限从115oC降低至110oC,并显著改善了较高Tf(120和125oC)下制备的发泡样品内泡孔结构的均匀性.     

注压成型仿生纳米结构聚丙烯表面的冷凝微水滴动态行为

选择2种锥形纳米孔结构参数不同的阳极氧化铝（AAO）作为模板,利用注射压缩成型（ICM）技术将AAO模板中的纳米孔结构复制到聚丙烯（PP）表面上,在复制的PP表面上形成了致密且规则排列的锥形纳米柱阵列结构.该结构是一种仿生蝉翼纳米结构.在纳米柱结构的润湿状态能量比和顶部直径与中心间距之比（分别约为0.46和0.26）均明显较小的PP复制物表面,冷凝微水滴呈明亮的球状;在没有外力作用下,冷凝微水滴可通过频繁地合并、跳跃从该表面上移除,表面不断更新,即该表面具有明显的冷凝微水滴自移除（CMDSR）功能,使表面上覆盖的冷凝微水滴维持明显较低的量,而且冷凝微水滴维持较小的直径（不超过40 μm）.该CMDSR功能是在未经低表面能修饰的情况下获得的.研究结果表明,利用ICM技术可快速、批量制备具有CMDSR功能的超疏水高分子材料.     

模腔温度对注塑微孔发泡POM盖板泡孔结构和表面质量的影响

研发一种包含电加热和水冷却的快速热循环成型技术,以改善采用超临界氮气为物理发泡剂的注塑微孔发泡聚甲醛(POM)盖板的表面质量.通过优化设计,整个模具型腔表面的温度均匀性得到明显改善.定量研究模腔表面温度(T_M)对注塑微孔发泡POM盖板的泡孔结构和表面质量的影响,并分析相关的机理.结果表明,提高T_M可减小微孔发泡POM盖板的未发泡皮层厚度,但使其泡孔的直径少量增加、分布均匀性降低.使T_M从40提高至150℃可明显改善微孔发泡POM盖板的表面质量、减小表面粗糙度达85%,而不会明显增加成型周期.T_M取150℃时可消除常规注塑微孔发泡存在的制品表面缺陷.T_M要适当高(约130℃)以在改善微孔发泡POM盖板表面质量的同时保持良好的泡孔结构.     

塑料挤出吹塑的机理问题

挤出吹塑过程由型坯成型，型坯吹胀与制品冷却三个阶段构成。采用不同的方法对该三阶段的机理问题进行了研究。采用神经网络方法预测了受模口温度和挤出流率影响的型坯成型阶段的膨胀，利用建立起来的神经网络模型预示的膨胀与实验结果很吻合，且可在一定范围内，预示不同工艺条件下型坯的直径膨胀和壁厚膨胀。为型坯的直径和壁厚的在线控制提供了理论依据。基于薄膜近似和noe-Hookean本构关系。建立了描述型坯自由吹胀的数学模型，并通过实验方法获得了型坯吹胀的瞬态图象，比较发现，理论预示的型坯轮廊分布与实验观察结果较吻合，该模型还可预示型坯的自由吹胀对材料性能，型坯尺寸和工艺条件等的依赖性，基于ANSYS有限元软件，对吹塑制品的三维冷却进行了模拟，预示了制品厚度方向任一位置的瞬态温度分布，并可预示成型工艺参数，制品壁厚，塑料与模具材料的热性能以及吹塑模具冷却的强度与时间等对吹塑制品冷却的影响，这可为进一步分析吹塑制品的显微结构和性能提供温度数据。     

具有较高回弹性的乙烯-辛烯共聚物基微孔复合材料的传感性能

通过熔体混炼制备乙烯-辛烯共聚物/多壁碳纳米管/碳纤(POE/MWCNTs/CF,90/5/5,W/W/W)复合材料,采用超临界二氧化碳发泡法对其进行釜压发泡,分析3种发泡温度(55、60和65℃)下制备的微孔样品的泡孔结构,着重研究其对微孔样品压缩性能和传感器压阻响应(灵敏度和线性响应范围等)的影响.结果表明,55℃下制备的微孔样品呈现较均匀的泡孔结构、较窄的泡孔直径分布(主要在10～30μm范围内)和厚度适中、连续性高的泡孔壁,这使其具有较高的回弹性、压缩强度、压缩模量和电导率.采用这种微孔圆片封装成的传感器具有较宽的线性响应范围(0～30%压缩应变)和较高的灵敏度(应变因子为1.67),根据泡孔结构对此进行了分析.该传感器具有较快速的压阻响应和恢复性能以及良好的重复性,在1000次循环压缩/释放测试中表现出较高的稳定性和耐久性,且能检测手指按压、肘部弯曲、深蹲和脚踩等人体运动(对应较宽的压缩应变范围).研究表明,采用超临界流体发泡法制备泡孔结构较均匀、泡孔壁厚度适中且连续的微孔导电复合材料具有良好的传感性能.