碳纤维树脂基复合材料的高性能化

碳纤维及复合材料是关乎国家安全必须自主保障的关键战略材料,而树脂基(含量在35%以上)是碳纤维树脂基复合材料的两大材料基元之一,直接决定着复合材料的服役性能与成型工艺性.北京化工大学先进复合材料研究中心(AdvancedCompositesCenter,ACC)团队针对碳纤维用高性能树脂基体国产化存在品种缺乏及不成系列等突出问题,面向国家重大战略需求,在解决国家碳纤维树脂基复合材料的"无"和"有"的"顶天立地"方向上开展了一系列基础理论和应用基础研究,推动了国产碳纤维从"能用"向"好用"的质的飞跃,支撑了国内碳纤维树脂基复合材料研究由跟踪仿制的"跟跑"到自主创新的"并跑"的根本转变,取得了一系列重要创新成果.本文简述了ACC团队近10年在碳纤维专用树脂分子结构模拟设计及交联网络调控、碳纤维树脂基复合材料界面相容新机制的探究、碳纤维树脂基复合材料多级增韧增强方法学的构建、碳纤维高性能树脂基体的制备技术发展及碳纤维树脂基复合材料成型工艺的创新及其产品工程等方面的基础研究成果及关键技术突破,并对碳纤维树脂基复合材料高性能化的发展方向进行了展望.     

分子构型控制合成芳香聚酯的预聚体:芳香酯环状低聚物

芳香聚酯是一类重要的工程材料,具有强度高、耐高温、耐溶剂等特点.它们通常是用溶液聚合或熔融聚合的方法来制备的。所得聚合物溶解性差,熔融粘度高,极大地限制了这些优良材料的应用,特别是在复合材料领域的应用.开环聚合无疑是解决这一难题的有效途径之一。然而,环状低聚物合成产率低,同时伴随着线性副产物生成的事实一直困扰着化学家们。在芳香酯环状低聚物的合成过程中,我们发现反应物的分子构型对于环状低聚物的产率有着较大的影响。通过分子设计可以高产率地合成芳香酯环状低聚物,而且在阴离子催化剂存在条件下,芳香酯环状低聚物熔融开环聚合可得到高分子量的线性芳香聚酯。     

分子构型控制合成芳香聚酯的预聚体:芳香酯环状低聚物

<正>芳香聚酯是一类重要的工程材料,具有强度高、耐高温、耐溶剂等特点.它们通常是用溶液聚合或熔融聚合的方法来制备的。所得聚合物溶解性差,熔融粘度高,极大地限制了这些优良材料的应用,特别是在复合材料领域的应用.开环聚合无疑是解决这一难题的有效途径之一。然而,环状低聚物合成产率低,同时伴随着线性副产物生成的事实一直困扰着化学家们。在芳香酯环状低聚物的合成过程中,我们发现反应物的分子构型对于环状低聚物的产率有着较大的影响。通过分子设计可以高产率地合成芳香酯环状低聚物,而且在阴离子催化剂存在条件下,芳香酯环状低聚物熔融开环聚合可得到高分子量的线性芳香聚酯.     

基于芳香性聚酰亚胺的光电功能材料及器件研究进展

聚酰亚胺是一类重要的高性能聚合物,具有优良的热性能、机械性能和电学性能.近年来,芳香性聚酰亚胺作为新型光电功能材料在有机太阳电池、场效应晶体管、电存储等有机光电器件中的应用价值日益凸显,引起研究者的广泛关注.本文根据芳香性聚酰亚胺的分子结构特点,从光电功能化方法和材料制备策略出发,全面归纳和总结了芳香性聚酰亚胺在光电子器件领域的研究进展,阐述了此类材料的分子结构设计与光电性质以及光电器件性能的内在关系,为今后开发新型高效芳香性聚酰亚胺光电功能材料和器件提供参考.     

原位聚合技术制备纳米复合聚烯烃材料研究的现状与趋势

作为一种经济、有效的聚烯烃高性能化的途径, 聚烯烃的纳米复合改性应用前景广阔. 由于聚烯烃具有不同于大多数其他聚合物的以化学惰性为特征的结构特异性, 通过原位聚合手段实现纳米复合对聚烯烃具有特殊的意义. 本文综合介绍了以原位聚合技术实现聚烯烃纳米复合的研究进展, 着重分析了聚烯烃/蒙脱土纳米复合材料的研究现状, 明确提出了今后的研究发展方向.     

卟啉-烷基氯化铝引发ε-己内酯开环聚合

作者从四苯基卟啉、四(对-甲氧基苯基)卟啉与一氯二乙基铝-二氯乙基铝(倍半物)反应制备卟啉-烷基氯化铝,并成功地用它在室温下引发ε-己内酯开环聚合。 ε-己内酯开环聚合的速度与卟啉-烷基氯化铝     

仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备方法

以碳纳米管(carbon nanotube, CNT)和石墨烯(graphene)为代表的新一代碳纳米材料,由于其优异的力学性能和独特的结构而成为金属基复合材料的理想增强体。材料复合化可以提高金属材料的强度,但是会导致"强韧性倒置"的矛盾,从而限制高性能复合材料的开发及其在工业上的应用。启迪于自然界贝壳珍珠层的"砖-泥"结构,进行仿生层状构型设计,是解决这一问题、制备轻质高强超韧复合材料的有效手段。文章就国内外仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备工艺进行综述并提出一些思考。     

仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备方法

以碳纳米管(carbon nanotube, CNT)和石墨烯(graphene)为代表的新一代碳纳米材料，由于其优异的力学性能和独特的结构而成为金属基复合材料的理想增强体。材料复合化可以提高金属材料的强度，但是会导致“强韧性倒置”的矛盾，从而限制高性能复合材料的开发及其在工业上的应用。启迪于自然界贝壳珍珠层的“砖-泥”结构，进行仿生层状构型设计，是解决这一问题、制备轻质高强超韧复合材料的有效手段。文章就国内外仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备工艺进行综述并提出一些思考。     

三氟化硼引发四氢呋喃开环聚合反应机理

端羟基四氢呋喃聚醚(PTMG)是由四氢呋喃(THF)经正离子开环聚合制得,工业上多采用强质子酸如发烟硫酸等引发体系,腐蚀性强,近年来低腐蚀性的三氟化硼(BF_3)引发体系颇受重视,BF_3浓度低于约5mol％不能引发THF聚合,可加三元环醚如环氧氯丙     

复合镍铁乙烯聚合催化剂制备双峰聚乙烯

选择合适的聚合条件和催化剂, 复合镍铁乙烯聚合催化剂能够制备具有理想双峰特征的聚乙烯. 以三乙基铝(AlEt₃)为助催化剂的乙烯均聚中, 得到的双峰聚乙烯不仅含有相对高分子量的枝化聚乙烯, 而且含有相对低分子量的线性聚乙烯, 并且两者的量相近. 因此在一个聚合釜内可以得到理想的双峰聚乙烯树脂, 为双峰聚乙烯的制备提供了一种可能的途径.     

聚合新方法研究对我国聚烯烃高性能化技术发展的重要性和可行性

同步/原位交联烯烃聚合(S/ICOP)技术基于成熟的Ziegler-Natta催化剂和通用聚合工艺发展出聚烯烃热塑性弹性体和长链支化聚丙烯的有效制备方法,为我国现阶段聚烯烃高性能化技术发展提供了新路径.     

全息高分子纳米复合材料研究进展

全息高分子纳米复合材料(holographic polymer nanocomposites, HPNC)是基于相干激光聚合诱导相分离原理制备的具有周期性有序结构的高分子纳米复合材料,属于多维度、跨尺度的新概念信息材料.不仅通过微米/亚微米尺度的周期性有序相分离结构存储光波的振幅、相位等全部信息,还通过引入的纳米粒子、液晶、发光分子等存储其他信息,具有信息存储容量大、光调制能力强的特点.在高端防伪、裸眼三维显示、增强现实、高密度数据存储、全息传感等高新技术领域具有重要应用价值.本文重点概述HPNC的高性能化与多功能化研究进展,并展望了HPNC的发展方向.     

聚酰亚胺高性能纤维研究进展

高性能的有机高分子纤维在近几十年中得到了迅猛的发展,目前市场上经常看到的有高强高模聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维(典型代表是杜邦公司的Kevlar系列)、聚对苯撑苯并双恶唑纤维(PBO)等,目前聚酰亚胺纤维又成为下一个重点开发的高性能纤维之一。聚酰亚胺纤维的性能由于聚酰亚     

3-甲氧基二苯胺-4-重氮盐及其重氮树脂的合成及性能研究

重氮树脂是制备预涂感光印刷版(PS版)的重要原料,近来国外专利报道了一类以3-甲氧基二苯胺-4-重氮盐(MDADS)及4,4′-二甲氧甲基二苯醚(DMMDE)为原料合成的重氮树脂,可用于制备高感光度和高稳定性的PS版。然而有关MDADS的合成方法以及此种重氮树脂的结构和性能都未见报道。本文报道MDADS的合成及其重氮树脂的结构和性能。     

CF/PPS复合材料界面效应的研究

碳纤维增强热塑性塑料是一种很有发展前途的复合材料,因为,它不仅具有高比强度和比刚度,而且还具有高韧性、热稳定性和容易加工.纤维增强塑料的性能对于纤维-树脂之间界面性质的影响是很敏感的.纤维-树脂复合材料的界面效应很大地取决于纤维表面的物理和化学特征、树脂性质和复合的工艺条件.但是,决定着整个复合材料机械性能及其断裂的微观结     

烯丙基氯/AlCl3/醚体系引发的1,3-戊二烯阳离子聚合

由单一Lewis酸引发剂向多元引发体系的转变是阳离子聚合近年来取得重要进展的一个主要标志,特别是将电子给予体(ED)引入引发体系后,亲核的ED与聚合体系中的Lewis酸和碳阳离子等亲电体之间的相互作用,可以改变阳离子聚合体系活性种的活泼性,使得聚合反应获得控制并避免链转移等副反应的发生.醚类化合物是一类被广泛使用的电子给体,在Leois酸/醚体系引发的阳离子聚合反应中醚的作用主要包括两个方面,即与Lewis酸络合参与引发反应和与碳阳离子作用实现活性中.已稳定化Zlamal等人的早期工作发现了醚类与AlCl_3的络合作用,而且等摩尔比的络合物ROR’·AlCl_3引发的异丁烯聚合所生成的聚合物具有较高的分子量,因此,作者认为醚参与了引发反应并提出了以下可能的但未经证实的离解过程阐明引发反应机现:     

高性能轮胎用橡胶纳米复合材料的制备与性能

"节油、安全"的高性能轮胎已成为世界汽车轮胎的发展趋势.构成轮胎的橡胶复合材料中,胎面胶、钢丝圈垫胶和气密内衬层胶等高性能纳米复合材料是发展节油轮胎的关键材料.胎面胶是轮胎与路面直接接触的部分,要求具有低滚动阻力、高抗湿滑性能和优异的耐磨性;钢丝圈垫胶位于钢丝圈上端,起到填充和加强胎圈的作用;气密内衬层胶贴覆在轮胎内表面,起到保持轮胎气压的作用.本文主要介绍了近年来胎面胶用白炭黑/橡胶纳米复合材料、钢丝圈垫胶用针状硅酸盐/橡胶纳米复合材料、气密内衬层胶用黏土/橡胶纳米复合材料,以及含碳纳米管和石墨烯增强的新型橡胶纳米复合材料的制备方法、性能特点及应用状况,并对将来的发展进行了展望.     

超临界二氧化碳协助制备多组分复合材料及在超级电容器方面的应用

采用绿色水热方法合成石墨烯/吡咯气凝胶(G-Py),原位聚合的方法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料(CNT/PANI),而后通过超临界二氧化碳的协助制备了一系列G-Py和CNT/PANI的复合材料,并通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱研究其结构变化,电化学工作站测试其电性能,从而探究超临界二氧化碳对其结构和性能的影响.研究结果表明,经过超临界二氧化碳协助一步法得到的复合材料具有最优的电性能.电化学测试表明其比电容高达373 F/g,是未经超临界二氧化碳处理制备的复合材料的1.4倍,说明超临界二氧化碳辅助制备是构筑多组分复合材料的一种有效方法.     

聚(乙烯基酯树脂-甲基丙烯酸甲酯)整体柱的ATRP法制备及其在蛋白分离中的应用

以乙烯基酯树脂-甲基丙烯酸甲酯为二元单体,通过活性可控自由基聚合方式(原子转移自由基聚合,ATRP)制备了聚(乙烯基酯树脂-甲基丙烯酸甲酯)整体柱.红外光谱测得聚合物表面功能基团,扫描电子显微镜观察了聚合物的内部形态,压汞法考察了聚合物的孔径分布等参数.将该整体柱用作高效液相色谱的固定相,不仅对人血浆中的免疫球蛋白进行了成功分离,并对α-淀粉酶、溶菌酶、蜗牛酶和木瓜酶的混合物进行了成功分离.结果表明,通过活性可控自由基聚合制备得到的整体柱具有结构均匀、通透性好、易于实现聚合物功能化等优点,是一种简单、方便、高效、廉价的聚合物整体柱的制备方法.     

侧链含多季铵基团聚芳醚酮阴离子交换膜的制备与性能

成功合成了一个同时带有季铵基团和烷基溴的小分子(1-溴-6-(三甲基铵)己基溴化物),通过季铵化反应,将其接枝在三乙烯二胺季铵化的聚芳醚酮上,制备了带有柔性侧链且侧链上含有多季铵基团的聚芳醚酮(TQPAEK).利用溶液流延的方法,并经碱化处理制备得到OH~–型阴离子交换膜.通过改变起始聚合物的溴代度,可有效调控阴离子交换膜的离子交换容量,其范围在1.75～2.57meq/g.膜的溶胀度、吸水率与离子传导率均随着离子交换容量的增加而增大.该阴离子交换膜具有良好的热稳定性和机械性能,特别是柔性侧链的引入,显著地提高了聚合物膜的柔韧性,其断裂伸长率最高可达103.2%,拉伸强度仍在28MPa以上.引入多季铵化柔性侧链,有利于高局部离子基团的富集程度,在膜内形成了明显的相分离结构.80℃下最高离子电导率可达74.35mS/cm.这些结果表明多季铵化聚芳醚酮阴离子交换膜有望应用于燃料电池.