摘要：质子交换膜(PEM)作为聚合物电解质燃料电池关键部件直接影响着电池性能,拓宽其运行温度和湿度范围有利于简化燃料电池水、热管理设计,从而促进电池小型化和降低成本。近些年来,开发天然粘土/聚合物复合膜已成为提升传统PEM性能和拓宽其应用温、湿度范围的重要途径之一。天然粘土矿物多为含水层状硅酸盐化合物,特殊的孔、层结构和纳米尺度赋予其较大的比表面积和表面效应,其表面和层间富含的羟基在提高复合膜机械强度的同时固定了传质介质,从而在复合膜中构建新的质子传导通道用以提高膜的性能。从纳米微观多个维度综述了不同类别粘土矿物的结构与性能,以及其在质子交换膜中的研究进展,对天然粘土矿物复合质子交换膜的研究进行了总结与展望。

摘要：近几年新兴陶瓷产业不断拓展,如芯片用高导热陶瓷基板等,推动着材料性能测试技术走向批量化和高效化。断裂韧性是陶瓷材料的一个重要力学性能指标,但现有测试技术存在测试结果误差较大、制样过程繁琐、效率低等问题,使其在工业研发设计及生产中受到一定程度的限制。笔者综述了材料韧性的相关测试技术及对应测试指标包括断裂韧性、断裂能、J积分、冲击韧性等,对比分析了常见陶瓷材料的断裂韧性及其相关力学性能指标,以寻求一种高效的准确的评价方法;考量了陶瓷材料的抗弯强度的适用依据和适用范围,并通过相关文献数据验证其准确性。而笔者将为批量化工业研发设计和陶瓷材料生产过程中的韧性评价提供新的思路。

摘要：随着5G时代的发展,电子器件领域的热管理问题日发严峻。氮化硼(BN)是一类高热导率(TC)、高绝缘的导热填料,广泛应用于热管理领域,包括六方氮化硼(h-BN)、氮化硼纳米片(BNNS)和氮化硼纳米管(BNNT)。然而,BN表面呈化学惰性,其与基体或其他填料间亲和力低、声子谱失配等,导致了填料与基体/填料间存在明显的界面热阻,限制了复合材料TC的提升,难以满足使用要求。因此,如何调控界面热阻、设计BN/聚合物导热复合材料的热传导界面,并提高复合材料的导热能力是当前亟待解决的难题。研究者分别从理论模拟与实验验证两个角度对热流在界面传导的差异及其原因进行探索。在理论研究中,将分子动力学(MD)模拟及有限元模拟(FEA)等方法结合有效介质模型及其优化模型、Foygel模型等能够对界面热阻(ITR)进行深入的理论模拟与分析;其中,影响界面热阻的关键参数包括BN含量、尺寸及晶体状态、BN的分布形貌等。在实验设计中,为了改善填料与基体间界面热阻,首先对BN表面共价键改性或表面包覆,随后结合聚合物种类设计相应的官能团来改善BN与聚合物的界面作用力;其中BN表面的共价键改性对BN本身晶体结构有一定的破坏,表面包覆则能够较好地保持BN结构。为了改善填料与填料间界面热阻,研究者常采用BN的定向排列、桥接、构建3D导热网络结构等策略来改善填料间的接触,其中BN的定向排列法充分利用BN的各向异性、增大填料间的有效接触面积,能够显著提升复合材料某一方向的TC;桥接法是将彼此分离的BN相互连接,通过在基体中形成异质结构来构建更为完善的导热路径;构建3D导热网络结构的方法近年来已被广泛研究,其能够创建长程连续的导热路径,具体方法包括冰模板法、盐模板、发泡策略、构建凝胶网络和两相/三相隔离结构等。综合目前研究进展,本文首先归纳了计算BN/聚合物界面热阻的模型及相关模拟的进展,并从填料与基体及填料与填料间的界面热阻两个角度,分别总结了改善聚合物/BN导热复合材料界面热阻的策略,对比了各种方法对复合材料导热性能的改善效果,并展望了低界面热阻与高导热复合材料的发展趋势。

摘要：针对石蜡(PA)相变材料难以乳化分散、离子交联定型的问题,利用聚丙烯酸(PAA)羧基的亲水性,易离子化特性,设计了低聚合度PAA接枝石蜡,以自乳化方法制备石蜡乳液,通过常温离子交联,在水介质中、短周期内制备了石蜡固-固相变材料(PA SS-PCMs)。利用扫描电子显微镜对PA乳液及PA SS-PCMs的形貌进行了表征、分析,利用红外光谱仪、X射线衍射仪、偏光显微镜、差示扫描量热仪、热重分析仪对石蜡接枝产物及PA SS-PCMs的分子结构、结晶性能、热稳定性进行了测试和分析。结果表明:该定型方法对不同种类石蜡具有普适性,通过接枝改性、离子交联能得到较高储能效率的石蜡固-固相变材料。研究发现:分两次添加55#石蜡(PA1),前期减少PA1的投入占比,后期添加不参与反应的PA1,能有效提高接枝产物的自乳化能力及相变储能能力。在此基础上,制备了AA∶PA1∶BPO质量比为1.8∶15(10+5)∶0.05的PA1 SSt-PCMs,其结晶温度为45.52℃,结晶焓为-182.28J/g,循环100次后结晶焓损失3.05%,具有较高的储能密度和良好的储热稳定性。

摘要：在全球资源循环利用背景下,环境友好型的胶黏剂是新材料领域的一个重要研究方向。分别从天然高分子和人工合成高分子2个方面介绍了环境友好胶黏剂的进展,以淀粉、木质素为代表的天然高分子和以聚乳酸(PLA)、聚酰胺(PA)类和聚氨酯(PU)类为代表的人工合成的高分子类环境友好型胶黏剂,简要介绍了大豆基、聚酰胺(PA)类和聚氨酯(PU)类环境友好型胶黏剂的应用和研究现状。重点介绍了PLA基胶黏剂的制备、分子结构设计及其在组织工程和包装领域的应用。由于淀粉中羟基含量较高,主要论述了羟基的氧化、共混、接枝改性,分析了木质素作为苯酚的替代品在酚醛树脂胶黏剂中的脱甲基、羟甲基、酶解和酚化等改性方法,而且,淀粉基、木质素基胶黏剂在包装、板材等领域中均具有应用潜力。

摘要：设计了一种通用的离子模板交联法制备了物理交联高强度聚乙烯醇/海藻酸钠(PVA/SA)水凝胶,并可能通过可控的方式实现PVA/SA水凝胶的三维空间变形。对同一块水凝胶选择性交联,利用PVA/SA和PVA/SA/Fe^(3+)水凝胶具有显著的溶胀性差异的特点,通过两步法引导图案化水凝胶局部溶胀和整体弯曲,发生可控变形,得到特定的多样构型。同时,由于水凝胶网络中离子配位具有可逆性,此变形是可逆可重复的。进一步在3D打印中构建在平面梯度和厚度梯度具有各向异性的水凝胶,可实现螺旋、弯曲等可控变形。

摘要：采用正交试验对热固化磷酸盐粘结剂砂进行复合改性。结果表明,每份粘结剂中四甲基乙二胺和甘露醇加入量分别为6 g和12 g较优,混砂时阳离子聚丙烯酰胺水溶液和草酸水溶液两种辅料的加入量均为占砂质量0.3%,浓度分别为0.8%和12.5%较优;采用优方案制得的砂样在射砂压力为0.8MPa、模具温度150℃、加热3min的条件下,固化抗弯强度可达4.2MPa,在40%~50%湿度环境下存放24 h,抗弯强度下降幅度为2.83%,试样继续在60%~65%湿度环境下存放24 h后,抗弯强度下降幅度为22.89%,复合改性的热固化磷酸盐粘结剂砂抗吸湿性能有较明显提升。

摘要：本文采用直接酯化-熔融缩聚的方法合成聚丁二酸丁二醇酯离聚物(iPBS),通过核磁共振谱仪(1 H NMR)和拉曼光谱仪(Raman)对其化学结构进行了表征。结构分析表明,iPBS分子主链中含有两种重复结构单元,证明为所设计的聚合物。同步热分析仪(TG)表明,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/iPBS复合材料的热降解温度均在350℃以上,随离子含量的增加而降低,残碳量逐渐增加;差示扫描量热仪(DSC)研究表明,随着离子含量的增加,PET/iPBS复合材料的熔点逐渐增大,非等温结晶能力逐渐变强,成核效率增加。通过偏光显微镜(POM)可以观察到,等温条件下PET/iPBS复合材料的成核位点多,晶核密度大,结晶速率快。广角X射线衍射分析(XRD)表明,随着iPBS的加入,PET与复合材料的曲线具有非常相似的峰形,具有一致的晶型。动态热机械分析(DMA)表明,低温区的储能模量随着iPBS中离子含量的增加而增大,玻璃化转变温度向高温区移动。

摘要：目的采用可再生的植物纤维机械搅拌制备植物纤维悬浮体系,探究纤维悬浮液的流变性影响因素和体系中纤维的分散与取向,为后续工业化产品的加工和运输设计奠定基础。方法利用旋转流变仪测试纤维质量分数、长径比(纤维长度)、温度和水溶性高分子等各个因素对体系流变性能的影响。结果纤维悬浮体系为非牛顿流体,表现剪切变稀现象。溶液的黏度随温度的变化经线性拟合符合Arrhenius方程。纤维质量分数、长径比(纤维长度)的提高均会增加体系表观黏度,促进纤维的分散及网络结构形成,而温度的提高,黏度会呈指数形式减小。加入水溶性高分子PVA和聚丙烯酰胺分散剂均会提高体系黏度,有助于纤维的分散;PVA醇解度越高,亲水基团越多,易与纤维产生更多氢键作用,形成纤维网络结构,有助于后续发泡结构控制,醇解度过高则易凝胶化。阳离子型CPAM有助于改善纤维表面负电荷,破坏纤维静电吸附,使得纤维分散更均匀。结论纤维质量分数、长径比(纤维长度)、体系温度等因素会影响纤维悬浮液流变特性,水溶性PVA和分散剂聚丙烯酰胺的加入有助于纤维的分散,对工业化纤维浆料配比加工具有参考意义,同时体系的黏流特性有利于生产线浆料输送系统的设备设计。

摘要：采用均匀设计试验方法,以试样存放120 h的抗拉强度加权平均值为指标,研究了磷酸盐粘结剂的中和度、合成时的加水量,以及型砂制备时粘结剂、KH-550、超细电熔镁砂粉、柠檬酸水溶液等的加入量对磷酸盐粘结剂砂试样抗拉强度的影响。结果表明:通过均匀试验及回归分析得到抗拉强度加权平均值与六个因素之间的回归方程。采用中和度为32%的粘结剂,合成时加水量为200 mL,混砂时粘结剂加入量为2.5%,KH-550加入量为7.1%,超细电熔镁砂粉加入量为5%,柠檬酸水溶液加入量为6.5%,所制备的型砂试样存放120 h的抗拉强度加权平均值为0.89 MPa。