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热塑性聚合物复合材料蠕变性能的综述（英文）

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高分子通报 2017年第3期 1-10页

作者：邱佳刘斐陈景张立生那海宁朱锦中国科学院宁波工业技术研究院宁波高分子材料重点实验室宁波315201

热塑性聚合物复合材料(TPCs)由于其力学性能优异、产量巨大,并具有价格优势,已被作为重要的结构材料得到了广泛的应用。然而,由于聚合物的粘弹本性,其不可避免地会在外力的作用下产生随着时间延长而增加的形变,即蠕变。这种作用将对材... 详细信息

热塑性聚合物复合材料(TPCs)由于其力学性能优异、产量巨大,并具有价格优势,已被作为重要的结构材料得到了广泛的应用。然而,由于聚合物的粘弹本性,其不可避免地会在外力的作用下产生随着时间延长而增加的形变,即蠕变。这种作用将对材料造成永久形变以及不可恢复的破坏,从而限制材料的应用。本文通过对TPCs蠕变的研究综述,详细探讨了TPCs蠕变的机理特征,分析了各类因素(诸如分子结构、填料、应力、温度等)对TPCs蠕变作用的影响规律。在此基础上,简明扼要的分析并提出了有助于获得抗蠕变性能优异的TPCs的方法。

关键词：热塑性聚合物蠕变填料

聚醚酮酮及其复合材料用于骨科植入物的研究进展

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中华骨科杂志 2022年第9期42卷 603-608页

作者：陈宇炯彭兆祥宁波大学附属李惠利医院关节与运动医学科宁波315040

聚醚酮酮(polyetherketoneketone,PEKK)是一种在主链结构中含有两个酮键和一个醚键的重复单元的半晶体线性热塑性聚合物,具有接近人体天然骨的弹性模量、生物相容性和良好的化学稳定性、射线可透性、与MRI兼容等优点,是制备骨科植入物... 详细信息

聚醚酮酮(polyetherketoneketone,PEKK)是一种在主链结构中含有两个酮键和一个醚键的重复单元的半晶体线性热塑性聚合物,具有接近人体天然骨的弹性模量、生物相容性和良好的化学稳定性、射线可透性、与MRI兼容等优点,是制备骨科植入物的新型生物材料,但其表面疏水性及生物惰性限制了其应用。通过特定的材料制备工艺制造出既能保留甚至提升PEKK原有性能又能提高其骨生物活性的复合材料是当前骨科植入物的研究热点。PEKK复合生物陶瓷(如羟基磷灰石、氮化硅)以及生物相容较好的金属(如钽、铝和钛)制备的复合材料,不仅保持了与人体骨骼相似的弹性模量、提升了硬度,还改善了生物相容性、增加了抑菌性能及促进骨整合等能力,在骨科植入物领域非常有发展潜力。通过检索PubMed、Embase、ScienceDirect、中国知网及万方数据库中有关PEKK及其复合材料在生物医学领域中的应用研究,分析近年来PEKK及经过不同改性策略(如掺杂混合物改性、表面磺化改性、3D打印以及表面沉积技术处理等方法)的复合材料的特性、优势及不足,为制备满足临床需求的具有多种功能的骨科植入物提供参考。

关键词：材料制备工艺聚醚酮酮热塑性聚合物骨科植入物羟基磷灰石主链结构 3D打印重复单元

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热塑性聚合物材料烟气释放的尺度规律研究

热塑性聚合物材料烟气释放的尺度规律研究

作者：陈海燕中国科学技术大学

学位级别：硕士

热塑性聚合物材料被广泛地应用于各个行业,但是这些材料都是可燃的,在燃烧时会释放出大量热量,以及一氧化碳(CO)、氰化氢(HCN)等有毒有害气体。在建筑火灾中大约80%死亡是由于吸入材料燃烧释放出烟尘和有毒气体。本文围绕热塑性聚合物... 详细信息

热塑性聚合物材料被广泛地应用于各个行业,但是这些材料都是可燃的,在燃烧时会释放出大量热量,以及一氧化碳(CO)、氰化氢(HCN)等有毒有害气体。在建筑火灾中大约80%死亡是由于吸入材料燃烧释放出烟尘和有毒气体。本文围绕热塑性聚合物材料燃烧过程中烟气释放的影响因素以及释放规律开展研究。利用了锥形量热仪和烟密度箱的方法,研究了材料的小尺寸燃烧性能及烟气释放规律,最后基于稳态管式炉实验,利用火灾动力学模拟软件FDS构建多种尺度的火灾模型,并进行数值模拟,探究了热塑性聚合物材料毒性气体释放的尺度规律。首先,选取了热塑性聚氨酯材料开展了小尺寸火灾试验研究,进行了针对不同尺寸试样的锥形量热仪实验,分析了材料的燃烧性能参数。发现了点燃时间随着材料厚度的增加而增加。材料厚度的增加使其内部导热过程加长,参与燃烧的有效质量增加,使热释放速率与释烟速率峰值及到达峰值的时间也随之增加。燃烧特性指数中火灾增长指数和火灾增长速率指数基本随着宽度的减小而增大。放热指数、烟因子和点燃指数受材料的厚度影响较大,前两者随着材料厚度的增加而增加,后者随材料厚度的增加而减小。其次,针对三种不同厚度的热塑性聚氨酯材料,采用了烟密度箱法,分析了材料在燃烧过程中释放的烟气,进一步得到了烟气毒性指数。材料释放出有毒气体CO和HCN随着厚度的增加而增加。烟气毒性指数CITG和烟气成分的有效剂量百分数FED均随着材料厚度的增加而增加,与厚度之间近似成线性关系。厚度对于烟密度参数有着较为重要的影响,影响了烟密度测试结果。最后,基于热塑性聚合物燃烧气体毒性的稳态管式炉实验,开展了对热塑性聚合物燃烧释放毒性气体的尺度效应的数值模拟研究。建立了多种不同尺度的FDS模型,并进行了数值模拟。模拟结果显示,在满足弗洛德尺度准则的条件下,随着实验尺度的增加,CO毒性气体的浓度整体变化趋势是增加的,通风管内FED值也随之增加。当通风状态由良好转为不良时,CO的浓度增加率和FED值增长率随着实验尺度的增加而增加,与尺度比值均基本满足一次函数关系。当实验尺度的比值较小,通风管内CO浓度与FED值均随着无量纲通风口面积的增加而增加;而当通风状态由良好转为不良时,通风管内CO浓度增长率与FED值的增长率均随着无量纲通风口面积的增加而增加。

关键词：热塑性聚合物热烟释放样品尺寸数值模拟尺度规律

仿竹结构单丝玻璃纤维增强多孔聚醚砜基复合材料

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复合材料学报 2021年第4期38卷 1302-1312页

作者：许培俊王临江张毅吴帆高尚林长安大学材料科学与工程学院西安710064 云南电网有限责任公司电力科学研究院昆明650217 德国GZD公司德累斯顿01187

竹子是一种以竹纤维为增强体、多孔木质素为基体而组成的天然复合材料。本文借鉴竹子的结构特征,采用高性能热塑性聚合物浸没沉淀相转化法在玻璃纤维(GF)表面沉积梯度孔径分布的多孔聚醚砜(PES)基体,制备仿竹结构单丝玻璃纤维增强多孔... 详细信息

竹子是一种以竹纤维为增强体、多孔木质素为基体而组成的天然复合材料。本文借鉴竹子的结构特征,采用高性能热塑性聚合物浸没沉淀相转化法在玻璃纤维(GF)表面沉积梯度孔径分布的多孔聚醚砜(PES)基体,制备仿竹结构单丝玻璃纤维增强多孔聚醚砜基复合材料(GF/PES),并对其微观形貌、拉伸力学性能和"温度-模量"智能响应性进行了研究。结果表明,基于梯度多孔PES基体良好的吸能作用及其对玻璃纤维表面微小缺陷的修复作用,GF/PES的拉伸强度和断裂伸长率最高可分别比GF提高39.11%和58.1%。此外,多孔聚合物基体还可作为各类功能材料的载体,例如在其多孔结构中填充水,当水随着温度变化发生相变时,可赋予GF/PES显著的模量变化,从而制备出"温度-模量"智能响应复合材料。

关键词：仿竹结构复合材料多孔聚合物基体力学性能智能响应性热塑性聚合物

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海泡石物化改性及在热塑性聚合物中的应用

工程塑料应用 2024年第1期52卷 170-176页

作者：郑世浩刘勇耿鑫玺胡永炜湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点试验室湖南湘潭411201 湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201

海泡石是一种天然纤维状含水的镁硅酸盐黏土矿物,具有较高的热稳定性、优异的力学性能以及含有丰富的镁、硅等非卤阻燃元素,可作为一种环境友好型阻燃剂或者阻燃协效剂。但通常需要进行活化改性使其功能化才能更好分散于基体中,以增强... 详细信息

海泡石是一种天然纤维状含水的镁硅酸盐黏土矿物,具有较高的热稳定性、优异的力学性能以及含有丰富的镁、硅等非卤阻燃元素,可作为一种环境友好型阻燃剂或者阻燃协效剂。但通常需要进行活化改性使其功能化才能更好分散于基体中,以增强热塑性聚合物性能。介绍了天然海泡石的多种物化改性方法。综述了海泡石在热塑性聚合物(聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯/醋酸乙烯共聚物等)中的应用研究现状,着重论述了海泡石对热塑性聚合物阻燃性能的影响。最后,总结了海泡石填充热塑性聚合物应用中常见的问题并提出了相应的解决方法,进一步展望了未来海泡石增强热塑性聚合物性能的应用方向。

关键词：海泡石物化改性阻燃热塑性聚合物复合材料

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热塑性聚合物基导热复合材料的研究进展

石油化工 2024年第2期53卷 251-259页

作者：张春波王泽凡刘宣伯张龙贵中石化(北京)化工研究院有限公司北京100013 深圳大学化学与环境工程学院广东深圳518060

相比金属和陶瓷导热材料,热塑性聚合物基导热复合材料具有质轻、易加工成型、耐腐蚀等优点,可用于制备电池外壳、锂电池支架、发光二极管的散热壳等。介绍了固体材料导热过程中的基本概念及机理,综述了影响填充型导热复合材料导热性能... 详细信息

相比金属和陶瓷导热材料,热塑性聚合物基导热复合材料具有质轻、易加工成型、耐腐蚀等优点,可用于制备电池外壳、锂电池支架、发光二极管的散热壳等。介绍了固体材料导热过程中的基本概念及机理,综述了影响填充型导热复合材料导热性能的因素,探讨了聚合物基体的结构、填料本身性质及其含量、基体与填料之间相互作用等因素对复合材料导热性能的影响。

关键词：热塑性聚合物导热导热复合材料

热塑性聚合物热熔接过程界面扩散行为分子动力学模拟

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焊接学报 2011年第6期32卷 41-44,115页

作者：冯余其罗怡孙屹博王晓东张苗苗大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024 大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室大连116024

采用分子动力学模拟方法对热塑性聚合物的热熔接过程界面扩散行为进行了研究,建立了具有两个层晶胞的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)界面模型,采用等温等压(NPT)系综分别对不同温度及压力下界面间分子链扩散行为进行了模拟,计算了PM-MA界面体... 详细信息

采用分子动力学模拟方法对热塑性聚合物的热熔接过程界面扩散行为进行了研究,建立了具有两个层晶胞的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)界面模型,采用等温等压(NPT)系综分别对不同温度及压力下界面间分子链扩散行为进行了模拟,计算了PM-MA界面体系原子扩散系数、扩散层厚度及界面结合能,分析了温度、压力等因素对界面扩散行为的影响规律.结果表明,升高温度或增大压力能提高原子的扩散速率,增大压力能增大界面扩散层厚度,增大压力能提高界面结合能.模拟结果与宏观热键合试验结果吻合,从分子尺度反映了PMMA在熔接过程中界面的扩散行为.

关键词：分子动力学热塑性聚合物界面扩散扩散系数

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织物装饰木塑板的制备工艺及性能

复合材料学报 2024年第4期41卷 1809-1819页

作者：周雪莲郝硕单伟东王伟宏房轶群刘天东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室哈尔滨150040

利用织物装饰木塑复合材料风格多变,能够大大提高木塑复合材料的实用价值。本文开发了一种新型装饰织物贴面技术,将热塑性聚合物铺设在装饰织物表面,与热压板直接接触,从而缩短装饰织物承受高温的时间;并且受热熔化的聚合物透过装饰织... 详细信息

利用织物装饰木塑复合材料风格多变,能够大大提高木塑复合材料的实用价值。本文开发了一种新型装饰织物贴面技术,将热塑性聚合物铺设在装饰织物表面,与热压板直接接触,从而缩短装饰织物承受高温的时间;并且受热熔化的聚合物透过装饰织物与木塑基材表面的聚合物相熔合,起到固定和保护装饰织物的作用。本文探究了热压温度(140℃、160℃和180℃)、基材中木塑比(6∶4、7∶3和8∶2)和表面聚合物的种类(高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚乳酸)对饰面木粉/高密度聚乙烯(WF/HDPE)复合材料表面胶合强度、装饰效果、力学性能等的影响;通过红外光谱、扫描电子显微镜等手段对WF/HDPE复合材料和织物的性能变化进行了分析和表征。结果表明:熔融的聚合物能够透过装饰织物纤维空隙,与木塑基材熔合状况良好,制得的装饰复合材料表面光滑平整。综合分析热压温度、基材木塑比和表面聚合物种类的影响,认为当热压温度为160℃、木塑比为7∶3时,表层使用聚乳酸时棉麻织物装饰的WF/HDPE复合基材力学强度最佳,表面胶合强度可达3.64 MPa,弯曲强度达到82.19 MPa。

关键词：木塑复合材料热塑性聚合物织物表面装饰力学性能

基于纤维取向分布图像处理技术的短纤维增强聚合物基复合材料力学性能预测方法

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复合材料学报 2024年

作者：管涛李元庆郭方亮付绍云重庆大学航空航天学院

短纤维增强聚合物基复合材料（SFRPC）具有复杂的细观结构，掌握纤维取向分布（FOD）规律是短纤维复合材料力学建模的前提。然而，由于纤维取向统计需要收集大量的纤维信息，通过传统手动标注读取显微图像的方式人工成本高且耗时长，统... 详细信息

短纤维增强聚合物基复合材料（SFRPC）具有复杂的细观结构，掌握纤维取向分布（FOD）规律是短纤维复合材料力学建模的前提。然而，由于纤维取向统计需要收集大量的纤维信息，通过传统手动标注读取显微图像的方式人工成本高且耗时长，统计效率与精度均难以保证。本文利用图像分析算法捕获纤维截面几何特征，发展了相应的纤维取向分布图像处理技术，实现了FOD信息的快速统计。探究了图像分析算法中关键参数的合理取值范围，并针对挤出注塑成型工艺制备的短玻纤增强和短碳纤增强聚醚酰亚胺复合材料（SGF/PEI 和SCF/PEI）进行微观结构表征，将统计的纤维状态信息传递至类层合板（LAA）与Fu-Lauke模型框架，进而预测了不同体积分数下两种复合材料的模量与强度，预测结果与有限元模拟结果、拉伸试验测试结果均吻合良好。本文将纤维取向分布图像处理技术与复合材料力学性能预测方法相结合，有助于更高效准确地理解短纤维增强复合材料的构效关系，对于复合材料结构设计具有较高的指导作用。

关键词：热塑性聚合物注塑成型短纤维增强复合材料纤维取向力学性能