文档库 最新最全的文档下载
当前位置:文档库 › 基于MBA凝胶纤维的RAFT聚合制备聚合物微米管

基于MBA凝胶纤维的RAFT聚合制备聚合物微米管

基于MBA凝胶纤维的RAFT聚合制备聚合物微米管
基于MBA凝胶纤维的RAFT聚合制备聚合物微米管

Vol.34高等学校化学学报No.62013年6月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 1542~1546 doi:10.7503/cjcu20121163

基于MBA 凝胶纤维的RAFT 聚合

制备聚合物微米管

李 麒,唐黎明,梁 勇

(清华大学化工系,先进材料教育部重点实验室,北京 100084)

摘要 以三乙二醇双丙烯酸酯(TEGDA)为共聚单体,通过可逆加成?断裂链转移(RAFT)聚合反应,将N ,N ′?亚甲基双丙烯酰胺(MBA)凝胶纤维直接转化为聚合物微米管.用扫描电子显微镜(SEM)二透射电子显微镜(TEM)二红外光谱(FTIR)和元素分析等表征了聚合物微米管的结构和组成.研究结果表明,TEGDA 的加入可显著提高聚合物微米管的产率,并使其具有自支撑性.环境扫描电子显微镜(ESEM)原位表征结果表明,

聚合物微米管具有一定的溶剂溶胀性能.采用流变仪测定了加入TEGDA 前后的聚合物凝胶的机械性能,相对于MBA 凝胶,聚合物凝胶的机械性能显著提高.

关键词 三乙二醇双丙烯酸酯;可逆加成?断裂链转移聚合;凝胶;纤维;聚合物微米管

中图分类号 O633.22;TB324 文献标志码 A 收稿日期:2012?12?26.

基金项目:国家自然科学基金(批准号:21174079,20874055)和国家 八六三”计划项目(批准号:2009AA062903)资助.

联系人简介:唐黎明,男,博士,教授,博士生导师,主要从事高分子化学方面的研究.E?mail:tanglm@https://www.wendangku.net/doc/55940356.html,

聚合物微米管具有结构多样性二高分子多功能性和一维中空结构等特点,在电子器件[1~3]二分

离[4,5]二药物传递[6]及催化剂载体[7]等领域具有潜在的应用前景.聚合物微米管的制备方法一般可分为无模板法[8,9]和模板法[10~17]两类.无模板法对聚合物的要求很高,只有一些特定的聚合物可以形成聚合物微米管,而模板法则必须在形成聚合物微米管后去除模板,操作繁琐而且浪费资源.最近,我们[18]通过可逆加成?断裂链转移(RAFT)聚合,将N ,N ′?亚甲基双丙烯酰胺(MBA)凝胶纤维直接转化为聚合物微米管,而且共聚单体三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)的加入可大大提高聚合物微米管的产率.为了进一步探索这种方法的普适性及共聚单体对聚合过程的影响,本文在共聚单体三乙二醇双丙烯酸酯(TEGDA)存在下,研究了MBA 凝胶纤维向聚合物微米管的转化,采用扫描电子显微镜(SEM)二透射电子显微镜(TEM)和环境扫描电子显微镜(ESEM)观察了聚合物微米管的微观形貌,通过元素分析和红外光谱对聚合物微米管的结构和组成进行表征,并用流变仪测定了聚合物凝胶的机械性能.1 实验部分

1.1 试剂与仪器

N ,N ′?亚甲基双丙烯酰胺(MBA),纯度高于99%,Alfa Aesar 公司;氯仿,分析纯,天津市化学试剂三厂;甲苯,分析纯,北京化工厂;偶氮二异丁腈(AIBN),化学纯,上海市四赫维化工有限公司,使用前用乙醇重结晶;二苄基三硫代碳酸酯(DBTTC),参照文献[19]方法合成;三乙二醇双丙烯酸酯(TEGDA),纯度高于98.5%,北京东方亚科力化学科技有限公司.日本电子公司JSM?6301型场发射扫描电子显微镜;日本日立公司JEM?2010型高分辨透射电子显微镜;FEI 捷克公司FEI Quanta 200型环境扫描电子显微镜;德国Elementar 公司Vario EL Ⅲ型元素分析仪;美国Nicolet 公司Nicolet560型红

外光谱仪(FTIR);德国Physica 公司MCR300型高级扩展流变仪.1.2 实验过程

参照文献[14]方法制备MBA 干凝胶纤维.将0.09g MBA 与6g 氯仿置于样品瓶中密封,于80℃

加热使MBA 充分溶解,形成透明澄清溶液.然后将样品瓶在20℃培养箱中静置,大约10min 后形成凝胶.将凝胶在常温下继续静置24h 后,打开瓶盖使氯仿缓慢挥发,敞口放置24h 后真空干燥,得到MBA 干凝胶纤维.将0.0224g TEGDA,0.0084g DBTTC,0.0010g AIBN 和6g 甲苯加入样品瓶中,超声2min 得到均匀混合溶液,然后将0.09g MBA 干凝胶纤维分散于装有上述混合溶液的样品瓶中,在氩气氛中除氧30min 后于82℃反应一定时间得到聚合物凝胶.将得到的聚合物凝胶在常温下冷却并曝露在空气中终止反应,抽滤除去甲苯,并用热乙醇清洗固体产物以除去未反应的单体,重复2次后真空干燥,得到MBA?TEGDA 共聚物微米管.改变反应时间,分别得到反应时间为4h(PMT?1),8h(PMT?2)和24h(PMT?3)的MBA?TEGDA 共聚物微米管.在反应过程中,不加TEGDA,反应24h,得到不含TEGDA 的MBA 均聚物微米管(PMBA).2 结果与讨论

2.1 

聚合物微米管的合成及形貌表征

MBA 有机凝胶[图1(A)]中的溶剂经真空干燥后得到MBA 干凝胶纤维,通过RAFT 聚合,反应24h 分别得到聚合物凝胶PMBA[图1(B)]和PMT?3聚合物凝胶[图1(C)],用乙醇进行清洗,除去未反应的单体后,分别得到PMBA 和PMT?3聚合物微米管.PMBA 和PMT?3的产率分别为20.9%和47.1%,聚合物微米管的产率明显提高,说明TEGDA 的加入促进了反应的进行.Fig.1 Photos of the MBA organogel (A ),PMBA polymer gel (B )and PMT?3polymer gel (C )

图2为MBA 干凝胶二PMBA 和PMT?3的SEM 图像.由图2(A)可以看出,干凝胶是纤维状的,其统计平均直径为3μm.图2(B)表明,PMBA 具有完整的聚合物微米管结构,只是聚合物微米管不能支撑其管状结构而被压扁,PMBA 的平均直径也为3μm.说明聚合物微米管是从凝胶纤维复制而来的.由图2(C)可见,加入TEGDA 后,聚合物微米管不再塌缩,管壁可以支撑其管状结构,并且大部分聚合物微米管都带有开口末端,只有少量端口是封闭状态.为了证明端口封闭的聚合物微米管仍然具有管状结构,将PMT?3进行TEM 测试(图3).由图3可见,聚合产物都具有中空的管状结构

.

Fig.2 SEM images of MBA organogel fibers (A ),PMBA (B )and PMT?3(C )

为了解聚合物微米管的形成过程,将反应不同时间得到的聚合物微米管进行SEM 测试(图4).当反应4h 时,得到了表面不完整的二管壁具有许多小孔结构的聚合物微米管(PMT?1)[图4(A)].当反应8h 时,聚合物微米管(PMT?2)的管壁变得平整光滑致密,但不能自支撑而被压扁[图4(B)].反应

24h 后,聚合物微米管(PMT?3)的管壁不但平整光滑,并且不会塌缩,具有自支撑能力[图2(C)].3451 No.6 李 麒等:基于MBA 凝胶纤维的RAFT 聚合制备聚合物微米管

Fig.3 TEM images of PMT?3polymer tubes

with open end (A )and seal end (B

)Fig.4 SEM images of polymer tubes at different

reaction time

(A)4h,PMT?1;(B)8h,PMT?2.

根据我们对聚合物微米管形成机理的预测[18],在聚合初期,由于RAFT 聚合使分子链间进行交联

形成聚合物微凝胶,聚合物微凝胶沉积在未溶解的纤维表面互相缠结形成聚合物层,构成聚合物微米管的骨架;随着纤维进一步溶解,由于RAFT 的活性特征,单体可以进一步接枝到骨架上,最终使聚合物层逐步完整,形成致密的聚合物管壁.图2(C)及图4表明,不同反应时间聚合物微米管形貌与我们对聚合物微米管形成机理的预测吻合.在反应温度下,TEGDA 可完全溶于甲苯,而MBA 仅能微溶于甲苯(82℃下MBA 在甲苯中的溶解度为0.2g /100g),在反应初期,含TEGDA 聚合体系因单体浓度

高而具有更高的聚合速率,并促进聚合物微米管的生成.

2.2 聚合物微米管的溶胀行为将聚合物微米管样品置于乙醇中,充分溶胀后进行ESEM 测试.随着压强和温度的变化,观察同一位置聚合物微米管的形貌变化(图5).由图5可以看出,随着乙醇的蒸发,聚合物微米管形貌基本不变.图5(A)中微米管的平均直径为5.6μm,图5(B)中微米管的平均直径为5.4μm,图5(C)中微米管的平均直径为4.7μm.从统计结果看出,聚合物微米管在溶剂挥发过程中直径逐渐减小,表明聚合物微米管具有溶胀性,即在溶剂中溶胀,溶剂蒸发后收缩

.Fig.5 ESEM images of PMT?3polymer tubes

(A)600Pa,-4.0℃,humidity of 100.0%;(B)605Pa,-0.1℃,humidity of 99.8%;(C)332Pa,0℃,humidity of 54.2%.2.3 聚合物微米管的组成及结构分析

由图6所示PMBA 和PMT?3的红外光谱可见,2个样品在3300cm -1处均出现了N H 伸缩峰,在1660,1525和1225cm -1处均出现了PMBA 中酰胺键的Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ峰,在3058和808cm -1处均出现了Fig.6 FTIR spectra of PMBA (a )and PMBA?3(b )

C C 双键特征峰,这是由于位阻原因使得部分双键未能反应.与PMBA 的红外光谱相比,PMT?3谱

图在1732cm -1处出现了TEGDA 链段上羰基特征

峰,表明在PMT?3中存在TEGDA 链段.PMBA 和PMT?3的元素分析结果列于表1.由表1可以看出,PMBA 样品中O 元素和N 元素含量

的计算值和实测值基本相同,但S 元素含量的实测

值则比计算值小;PMT?3样品中,O 元素含量的实

测值比计算值大,而N 元素和S 元素含量的实测值

均比计算值小.4451高等学校化学学报 Vol.34 

Table 1 Element analysis results of PMBA and PMT?3Sample Method Element content(%)C H O N S PMBA Calculated

55.186.3519.0216.602.85Measured 56.296.4219.1116.581.60PMT?3

Calculated 54.616.6223.2813.322.27Measured 52.476.6026.6013.001.30 由于AIBN 和DBTTC 含量较少,对O 元素和N 元素含量的影响很小,O 元素和N 元素含量取决于组成聚合物微米管的聚合单体成分.PMBA 聚合物微米管的聚合单体只有MBA,因此O 元素和N 元素含量的计算值与实测值基本相同.但PMT?3聚合物微米管的聚合单体有MBA 和TEGDA,其中MBA 的O 元素含量为20.78%,N 元素含量为18.18%;TEGDA 中O 元素含量为37.21%,不含N 元素.聚合过程中MBA 和TEGDA 并未按投料比接枝到聚合物微米管上,造成O 元素和N 元素含量的计算值与实测值的不同.PMT?3在聚合初期,6g 甲苯溶液中TEGDA 的含量(0.02g)高于MBA 的含量(0.01g,根据反应温度下的溶解度计算得到),因此TEGDA 更容易参与RAFT 聚合并进入聚合物微米管.反应24h 后,聚合物微米管的产率为47.1%,有部分单体未参与形成聚合物微米管,因此聚合物微米管中

的TEGDA 链段含量要高于投料量,从而O 元素含量的实测值要比计算值大,而N 元素含量的实测值要比计算值小.

在PMBA 和PMT?3样品中,S 元素含量的实测值都比计算值小,这是由于S 元素含量只来源于DBTTC,其计算值是基于DBTTC 全部接枝到聚合物微米管上,但在实际RAFT 聚合过程中,DBTTC 不断在溶液和聚合物微米管之间交换,使得部分DBTTC 并没有接枝到聚合物微米管上[20],因此S 元素

含量的实测值比计算值偏低.2.4 机械性能用流变仪分别测定MBA 有机凝胶二PMBA 聚合物凝胶和PMT?3聚合物凝胶的机械性能(图7).可Fig.7 Storage modulus (G′,a ,c ,e )and loss modulus (G″,b ,d ,f )of MBA organogel (a ,b ),PMBA polymer gel (c ,d )and PMT?3polymer gel (e ,f )at different frequencies 见,相对于MBA 有机凝胶,PMBA 和PMT?3聚合物

凝胶的储能模量(G′)和损耗模量(G″)均显著提升,

证明有机凝胶向聚合物管凝胶的转化.但是,PM?BA 和PMT?3聚合物凝胶的G′和G″相差不大,说明

TEGDA 的加入对聚合物凝胶的机械性能影响不大,

这是由于加入的TEGDA 含量较低的缘故.

我们[18]曾以三官能度单体TMPTA 为共聚单

体,使MBA 凝胶纤维成功转化为聚合物微米管.

而本文中使用二官能度单体TEGDA 同样能使MBA 凝胶纤维转化为聚合物微米管.可见,这种合成聚

合物微米管的方法适用的单体范围广,具有一定的

普适性.3 结 论

本文以TEGDA 为共聚单体,通过RAFT 聚合将MBA 凝胶纤维直接转化为形貌完整的聚合物微米管.加入TEGDA 后,聚合物微米管的产率有了明显的提高,并使聚合物微米管具有自支撑性能.ESEM 测试结果说明聚合物微米管具有一定的溶胀性能,在溶剂中尺寸增加,溶剂挥发后尺寸收缩.聚

合物凝胶相对于MBA 有机凝胶机械性能有了大幅度提升.参 考 文 献

[1] Aleshin A.N.,Adv.Mater.,2006,18(1),17 27[2] Chang H.,Yuan Y.,Shi N.,Guan Y.,Anal.Chem.,2007,79(13),5111 51155

451 No.6 李 麒等:基于MBA 凝胶纤维的RAFT 聚合制备聚合物微米管

6451高等学校化学学报 Vol.34 

[3] Cho S.I.,Lee S.B.,Acc.Chem.Res.,2008,41(6),699 707

[4] Wang H.J.,Zhou W.H.,Yin X.F.,Zhuang Z.X.,Yang H.H.,Wang X.R.,J.Am.Chem.Soc.,2006,128(50),15954

15955

[5] Savariar E.N.,Krishnamoorthy K.,Thayumanavan S.,Nat.Nanotechnol.,2008,3(2),112 117

[6] Abidian M.R.,Kim D.H.,Martin D.C.,Adv.Mater.,2006,18(4),405 409

[7] Ko S.,Jang J.,Angew.Chem.Int.Ed.,2006,45(45),7564 7567

[8] Hamley I.W.,Soft Matter,2005,1(1),36 43

[9] Park C.,Lee I.H.,Lee S.,Song Y.,Rhue M.,Kim C.,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,2006,103(5),1199 1203

[10] Steinhart M.,Wehrspohn R.B.,Gosele U.,Wendorff J.H.,Angew.Chem.,Int.Ed.,2004,43(11),1334 1344

[11] Bognitzki M.,Hou H.,Ishaque M.,Frese T.,Hellwig M.,Schwarte C.,Schaper A.,Wendorff J.H.,Greiner A.,Adv.Mater.,

2000,12(9),637 640

[12] Loscertales I.G.,Barrero A.,Marquez M.,Spretz R.,Velarde?Ortiz R.,Larsen G.,J.Am.Chem.Soc.,2004,126(17),5376

5377

[13] Chen K.,Tang L.M.,Xia Y.,Wang Y.J.,Langmuir,2008,24(24),13838 13841

[14] Xia Y.,Wang Y.,Chen K.,Tang L.M.,https://www.wendangku.net/doc/55940356.html,mun.,2008,41,5113 5115

[15] Li B.T.,Tang L.M.,Qiang L.,Chen K.,Soft Matter,2011,7(3),963 969

[16] Qiang L.,Tang L.M.,Li B.T.,Chen K.,Chinese J.Polym.Sci.,2012,30(5),613 622

[17] Zhang X.Y.,Duan C.T.,Zhao N.,Xiao H.,Shi M.W.,Zhang X.L.,Xu J.,Chinese J.Polym.Sci.,2010,28(5),841 847

[18] Li Q.,Tang L.M.,Xia Y.,Li B.T.,https://www.wendangku.net/doc/55940356.html,mun.,2013,34(2),185 189

[19] Aoyagi N.,Endo T.,J.Polym.Sci.,Part A:Polym.Chem.,2009,47(14),3702 3709

[20] Moad G.,Chiefari J.,Chong Y.K.,Krstina J.,Mayadunne R.T.A.,Postma A.,Rizzardo E.,Thang S.H.,Polym.Int.,2000,

49(9),993 1001

Preparation of Polymer Microtubes via RAFT Polymerization of

N,N′?Methylene Bisacrylamide Gel Fibers

LI Qi,TANG Li?Ming*,LIANG Yong

(Key Laboratory of Advanced Materials,Ministry of Education,Department of Chemical Engineering,

Tsinghua University,Beijing100084,China)

Abstract Polymer microtubes were fabricated by copolymerizing N,N′?methylene bisacrylamide(MBA) organogel fibers and triethylene glycol diacrylate(TEGDA)via reversible addition?fragmentation chain transfer (RAFT)polymerization.The tubular structure and compositions of the polymer microtubes were demonstrated by scanning electron microscopy(SEM),transmission electron microscopy(TEM),Fourier transform infrared (FTIR)spectrometer and elemental analysis.In presence of TEGDA,the yield of the polymer microtubes was enhanced significantly and the resulting tubes had self?supporting ability.The in?situ observation of the polymer microtubes by environmental scanning electron microscopy(ESEM)indicated the swelling property of the tubes in solvent.The mechanical properties of the gels were measured by a rheometer.The results show that the storage modulus(G′)and loss modulus(G″)of the polymer gel are much higher than those of the MBA organogel.

Keywords Triethylene glycol diacrylate;Reversible addition?fragmentation chain transfer polymerization; Gel;Fiber;Polymer microtube

(Ed.:W,Z)

聚合物制备工程部分样题一、填空题(10)

“聚合物制备工程”部分样题 一、填空题(10) 1、间歇反应器的设计方程、平推流反应器的设计方程,单级理想混合流反应器的设计方程是。 2、使用了离子型和非离子型乳化剂配方生产的聚合物乳液体系,其聚合温度应高于,低于和。 3、聚氯乙烯工业生产通过控制聚合物分子量,乳液丁苯工业生产通过调节聚合物分子量,聚烯烃工业生产通过调节聚合物分子量。 4、生产丁基橡胶使用的单体为和,丁基橡胶聚合过程的两大特点为和。 5、PET的主要工业技术路线是和,其主要实施方法是和。 二、简答题目(40分) (1)一化工设计院设计聚酯反应器,要求每天反应4800 kg的己二酸,且反应过程严格控制与己二醇等摩尔比反应,在343K下,以硫酸为催化剂的动 力学方程为: 2 A A kC = γ 其中:r A——消耗己二酸反应速度, kmol/l?min;k——反应速度常数,为1.97 l/kmol?min(反应温度70℃);C A——己二酸的瞬时浓度,kmol/l。己二酸分子量为146。己二酸的初始浓度C A0=0.008 kmol/l;每个反应器的有效体积均为0.8m3,采用多级串连理想混合反应器,控制转化率达到85%,需要几个反应器串联才能实现这一控制要求?(8分) (2)采用平推流反应器、单级理想混合反应器、三级串联理想混合反应器分别进行活性阴离子聚合制备聚苯乙烯,请说明三种反应器对产物分子量分布的影响,并解释原因。(8分) (3)简述采用管式和釜式反应器生产低密度聚乙烯(LDPE)的特点及产生差

异的原因。(8分) (4) 溶剂是影响溶液聚合重要因素,请以顺丁橡胶为例,说明如何选择溶剂? (8分) (5) 丙烯腈是在三大合成材料中得到广泛应用的单体之一,请以丙烯腈为单 体之一,写出目前已经实现工业化的至少5种高分子量共聚物的名称、缩写、聚合原理,实施方法(三大合成材料必须每种至少一个实例)。(8分) 三、流程与工艺(30分) (1) 试用流程框图和必要的文字描述低温乳液丁苯橡胶生产工艺,并简述其 控制转化率的原因。(15分) (2) 试用流程框图和必要的文字描述乳液接枝-掺混法制备ABS 的生产工艺 流程,并简述制备ABS 的关键技术。(15分) 四、分析与综合(10分) 某氯碱公司具备氯乙烯单体(VCM )的生产能力,以及较强的聚合物生产能力,以VCM 为基本原料(可以选择合适共聚单体),不同客户提出了各自对聚合物需求,请按照以下需求,选择实施方法,并说明选择的理由。(10分) a) 客户1主要用于塑钢门窗的生产; b) 客户2主要用于透明医用包装材料的生产; c) 客户3主要用于皮革、壁纸等生产; d) 客户4主要用于涂料生产。 “聚合物加工工程”部分样题 一、简要回答下列问题(5分×4-20分) 1. 已知某流体的能量守恒方程为:v dT c q V dt ρτ=-??+?,请说明该流体有何特点?并解释方程中各项的物理意义。 2.用图示方法表示下列流变学物理量。

聚合物基复合材料

聚合物基复合材料 摘要:聚合物基复合材料以其特有的性能近年来越来越受到人们的青睐。本文简单的介绍了聚合物基复合材料,描述了其作为一种新材料的性能特点,并详细描述了其发展历史及应用。 关键词:聚合物、复合材料、应用、历史 1、聚合物基复合材料 复合材料是指:两个或两个以上独立的物理相,包括粘接材料(基体)和粒料纤维或片状材料所组成的一种固体物。 (1) 复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性,但复合材料的性能却不是各组分材料性能的简单加和,而是有着重要的改进。(2)复合材料中通常有一相为连续相,称为基体;另一相为分散相,称为增强材料。(3)分散相是以独立的形态分布在整个连续相中,两相之间存在着界面。分散相可以是增强纤维,也可以是颗粒状或弥散的填料。 聚合物基复合材料(PMC)是以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体,连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低,但由于其粘接性能好,能把纤维牢固地粘接起来,同时还能使载荷均匀分布,并传递到纤维上去,并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合,各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求,充分展示各自的优点,并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。 实用PMC通常按两种方式分类。一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料;另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。如:玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点,同时还有其本身的特殊性能。通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料。 而聚合物基复合材料一般都具有以下特性: 1. 比强度、比模量大。比强度和比模量是度量材料承载能力的一个指标,比强度越高,同一零件的自重越小;比模量越高,零件的刚性越大。复合材料的比强度和比模量都比较大,例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料,其比强度是钢的

聚合物制备工程》2003A卷标准答案

聚合物制备工程》考试试题A卷考试时间:2003年06月20日 考试班级:材001~009 一、填空(25) 1. 常用反应器有釜式反应器、管式反应式、塔式反应器、及螺杆挤出反应器。 2. 常用搅拌器的型式有桨式搅拌器、螺旋推进式搅拌器、锚式搅拌器、 螺带式搅拌器、及涡轮式搅拌器; 各自适合的场合分别是低粘度流体的搅拌分散及聚合、低粘度流体的分散或乳化、高粘度流体的分散或聚合、高粘度流体的分散或聚合、低粘度流体的分散或聚合。 3. 釜式反应釜的除热方式有夹套冷却、夹套与内盘管冷却、回流冷凝冷却、反应物料预冷、反应物料外循环冷却、反应物料闪蒸冷却及7种。 4. 反应器的最基本特征是具有一定的反应容积和具有一定的除热设施。 5. 工程塑料的特征是由材料应具有高的耐热温度和优异的低温抗冲性能体现的。 二、选择题(正确的打√,错误的请本体下改正过来,15分) 1. 玻璃化效应常发生在二烯烃聚合的橡胶制备中( 错)。 玻璃化效应多发生在玻璃化转变温度(Tg)较高的聚合物的制备中,如聚苯乙烯及聚甲基丙烯酸甲酯的制备中。 2. 在二烯烃橡胶生产中常控制转化率小于100%,这是因为要控制产品的凝胶含量和共聚物组成( √); 3. 乳液聚合过程中,分子量的控制更多的是控制聚合温度( 错)。 乳液聚合过程中,聚合物的分子量控制多用分子量调节剂进行控制,尽管温度、乳化剂用量、引发剂用量等均分子量有影响,但都不容易稳定控制。 4. 苯乙烯的本体聚合的主要控制因素是压力控制( 错)。 必要性的本体聚合的主要控制因素是聚合温度,这是因为温度不仅控制引发速度,而且影响体系的粘度、聚合物的分子量及其分布,而且温度过高还会引起聚苯乙烯的分解或交联。 5. 聚酰胺只能作纤维材料用( 错);

聚合物基复合材料制备方法

摘自课本《聚合物基复合材料》,针对的是聚合物基纳米复合材料的制备方法。 1、溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是最早用来制备纳米复合材料的方法之一。所谓的溶胶-凝胶工艺过程是将前驱物在一定的有机溶剂中形成均质溶液,均质溶液中的溶质水解形成纳米级粒子并成为溶胶,然后经溶剂挥发或加热等处理使溶胶转化为凝胶。溶胶-凝胶中通常用酸、碱和中性盐来催化前驱物水解和缩合,因其水解和缩合条件温和,因此在制备上显得特别方便。根据聚合物与无机组分的相互作用情况,可将其分为以下几类: (1)直接将可溶性聚合物嵌入到无机网络中把前驱物溶解在形行成的聚合物溶液中,在酸、碱或中性盐的催化作用下,让前驱化合物水解,形成半互穿网络。(2)嵌入的聚合物与无机网络有共价键作用在聚合物侧基或主链末端引入能与无机组分形成共价键的基团,就可赋予其具有可与无机组分进行共价交联的优点,可明显增加产品的弹性模量和极限强度。在良好溶解的情况下,极性聚合物也可与无机物形成较强的物理作用,如氢键。 (3)有机-无机互穿网络在溶胶-凝胶体系中加入交联单体,使交联聚合和前驱物的水解与缩合同步进行,就可形成有机-无机同步互穿网络。用此方法,聚合物具有交联结构,可减少凝胶的收缩,具有较大的均匀性和较小的微区尺寸,一些完全不溶的聚合物可以原位生成均匀地嵌入到无机网络中。 溶胶-凝胶法的特点是可在温和条件下进行,可使两相分散均匀,通过控制前驱物的水解-缩合来调节溶胶-凝胶化过程,从而在反应早期就能控制材料的表面与界面性能,产生结构极其精细的第二相。存在的问题是在凝胶干燥过程中,由于溶剂、小分子、水的挥发可能导致材料内部产生收缩应力,从而会影响材料的力学和机械性能。另外,该法所选聚合物必须是溶解于所用溶剂中的,因而这种方法受到一定限制。 2、层间插入法 层间插入法是利用层状无机物(如粘土、云母等层状金属盐类)的膨胀性、吸附性和离子交换功能,使之作为无机主体,将聚合物(或单体)作为客体插入于无机相的层间,制得聚合物基有机-无机纳米复合材料。层状无机物是一维方向上的纳米材料,其粒子不易团聚且易分散,其层间距离及每层厚度都在纳米尺度范

北化聚合物制备工程答案样本

北京化工大学-第二学期 《聚合物制备工程》期末考试试卷 班基: 姓名: 学号: 分数: 一、填空( 20分) 1.一般而言聚合物的生产过程由单体精制与准备、催化剂体系准备与精制、聚合过程、分离过程、后处理过程、回收过程组成。 2、常见的聚合反应器按照结构分类包括釜式、管式、 塔式、流化床、挤出机、特殊形式的聚合反应器。 3、釜式反应釜的除热方式有夹套冷却、夹套附加内冷管、内冷管、反应物料釜外循环、回流冷凝器、反应物料部分闪蒸、反应介质预冷。 4、悬浮聚合体系由单体、水、 分散剂和引发剂组成。 5、 ESBR采用乳液聚合方法生产, 其聚合机理是自由基聚合 , SSBR采用溶液聚合方法生产, 其聚合机理是阴离子聚合。 6、可采用本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合等聚合方法制备聚氯乙烯。 7、中国镍系顺丁橡胶催化剂的主要成分是环烷酸镍、三异丁基铝和三氟化硼乙醚络合物。 8、尼龙66可采用熔融缩聚和固相缩聚方法生产。 9、反应器的基本设计方程是 : ( 反应物流入量) -( 反应物流出量) -( 反

应消失量) -( 反应物累积量) =0。 10、 PET熔融缩聚主要生产工艺是熔融缩聚和固相缩聚。 二、简述题( 20分) 1.写出以下缩写的聚合物中文名称, 并指出其聚合机理和工业实施方法。 PET、 LDPE、 SBS、 GPPS、 CR 答: PET 对苯二甲酸乙二酯, 缩合聚合, 熔融缩聚/固相缩聚 LDPE 低密度聚乙烯, 自由基聚合, 本体聚合 SBS 聚苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯嵌段共聚物, 阴离子聚合, 溶液聚合GPPS 通用聚苯乙烯, 自由基聚合, 本体聚合/悬浮聚合 CR 氯丁橡胶, 自由基聚合, 乳液聚合 2.分离和后处理过程对聚合物性能有何影响? 答: 分离就是指聚合物从聚合介质分开的过程, 不同的聚合实施方法可能采取的分离方法不同。分离过程将脱除绝大部分的残留单体、溶剂, 这些物质不但降低聚合物产品的性能, 而且对于人体有害、污染环境。聚合物后处理工序包括分离、干燥、脱挥、脱灰、加入助剂及形状处理等几方面; 可是树脂与橡胶后处理略有区别, 树脂后处理主要包括脱水、干燥、加入添加剂、直接得到粉状树脂; 或者经过脱水、干燥、加入添加剂、混炼、切粒、混合均化、包装得到颗粒状树脂; 橡胶后处理根据用途也不同, 乳液用于涂料或其它直接使用乳液的场合, 乳液能够直接使用或浓缩后包装、使用; 需要得到固体橡胶时则需要凝聚、脱水、水洗、挤压干燥、压块、包装。在这些后处理工序中, 最关键的十脱灰和干燥工序, 这些工序所使用的设备若不合理, 仍会出现废品。橡胶产品导致凝胶含量高, 塑料树脂导致分子量降低或交联。 3.简述采用管式和釜式反应器生产低密度聚乙烯( LDPE) 的特点及产生差异的

纤维增强聚合物基复合材料的界面研究进展

综 述 纤维增强聚合物基复合材料的界面研究进展 陈 平 于 祺 路 春 (大连理工大学化工学院,116012) 摘 要 本文较系统的综述了国内外增强树脂用玻璃纤维、碳纤维及芳纶纤维表面处理的方法,对各种改性技术的特点进行了评述,并指出了其进一步的发展趋势。 关键词 玻纤,碳纤,芳纶,表面处理,界面 Advance in the Study of Interface of Fiber Rein forced P olymer Matrix C omposites Chen Ping Y u Qi Lu Chun (C ollege of Chemical Engineering,Dalian University of T echnology,China,116012) ABSTRACT The sur face treating methods of G F,CF and AF used in resin matrix are summarized in this paper.The character2 istics of these methods and their further development are als o discussed. KEY WORDS G lass fiber,Carbon fiber,Aramid fiber,Sur face m odification,Inter face 1 前 言 界面是复合材料极为重要的微观结构,它作为增强体与基体连接的“桥梁”,对复合材料的物理机械性能有至关重要的影响。随着对复合材料界面结构及优化设计研究的不断深入,研究材料的界面力学行为与破坏机理是当代材料科学、力学、物理学的前沿课题之一。复合材料一般是由增强相、基体相和它们的中间相(界面相)组成,各自都有其独特的结构、性能与作用,增强相主要起承载作用,基体相主要起连接增强相和传载作用,界面是增强相和基体相连接的桥梁,同时是应力的传递者。目前对增强相和基体相的研究已取得了许多成果,但对作为复合材料三大微观结构之一的界面问题的研究却不够深入,其原因是测试界面的精细方法运用起来较困难,描述的理论尚不完整,尤其从力学的角度研究界面的性质、作用及其对复合材料力学性能的影响和破坏机理等方面的工作正在开展。界面的性质直接影响着复合材料的各项力学性能,尤其是层间剪切、断裂、抗冲击等性能,因此随着复合材料科学和应用的发展,复合材料界面及其力学行为将越来越受到重视。 热塑性复合材料不仅有优越的力学性能、耐腐蚀、无毒性和低价格指数,还由于具有热固性复合材料所不具备的可重复加工和使用的特点,避免产生三废,有利于环保,因而倍受人们的重视,发展迅速。对于增强热塑性复合材料来说,由于基体本身缺乏可反应的活性官能团,很难与纤维产生良好化学键结合,因而界面结合的问题就显得更为重要。 2 玻璃纤维的表面处理方法 玻璃纤维在复合材料中主要起承载作用。为了充分发挥其作用,减少玻璃纤维和树脂基体差异对复合材料界面的影响,以及减少玻璃纤维表面缺陷所导致的与树脂基体不良的粘合,有必要对玻璃纤维的表面进行处理,使之能够很好地与树脂粘合,形成性能优异的界面层,从而提高复合材料的综合性能。 2.1 玻璃纤维表面的偶联剂处理 Z isman[2]于1963年发表关于粘结的表面化学与表面能,认为要获得完全的表面润湿,粘结剂起初必须是低粘度且其表面张力须低于无机物的临界表面张力,这一结果引发了对采用偶联剂处理玻璃纤维表面的研究。偶联剂是增强用玻璃纤维表面处理的主要处理剂,种类很多,包括硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂等,通过偶联剂能使两种不同性质的材料很好地“偶联”起来,从而使复合材料获得较好的粘结强度。 2.1.1 硅烷偶联剂处理 用偶联剂对玻璃纤维表面处理中研究较多的是 第1期纤维复合材料N o1153 2005年3月FIBER COMPOSITES M ar1,2005

聚合物基复合材料精彩试题

第一章 聚合物合金的概念、合金化技术的特点? 聚合物合金:有两种以上不同的高分子链存在的多组分聚合物体系 合金化技术的特点:1、开发费用低,周期短,易于实现工业化生产。2、易于制得综合性能优良的聚合物材料。3、有利于产品的多品种化和系列化。 热力学相容性和工艺相容性的概念? 热力学相容性:达到分子程度混合的均相共混物,满足热力学相容条件的体系。 工艺相容性:使用过程中不会发生剥离现象具有一定程度相容的共混体系。 如何从热力学角度判断聚合物合金的相容性? 1、共混体系的混合自由能(ΔG M )满足ΔG M =ΔH M -TΔS M <0 2、聚合物间的相互作用参数χ 12 为负值或者小的正值。 3、聚合物分子量越小,且两种聚合物分子量相近。 4、两种聚合物的热膨胀系数相近。 5、两种聚合物的溶度参数相近。 *思考如何从改变聚合物分子链结构入手,改变聚合物间的相容性? 1、通过共聚使分子链引入极性基团。 2、对聚合物分子链化学改性。 3、通过共聚使分子链引入特殊相互作用基团。 4、形成IPN或交联结构。 5、改变分子量。 第二章 *列举影响聚合物合金相态结构连续性的因素,并说明分别是如何影响的? 组分比:含量高的组分易形成连续相; 黏度比:黏度低的组分流动性较好,容易形成连续相; 内聚能密度:内聚能密度大的聚合物,在共混物中不易分散,容易形成分散相;溶剂类型:连续相组分会随溶剂的品种而改变; 聚合工艺:首先合成的聚合物倾向于形成连续性程度大的相。 说明聚合物合金的相容性对形态结构有何影响?

共混体系中聚合物间的工艺相容性越好,它们的分子链越容易相互扩散而达到均匀的混合,两相间的过渡区越宽,相界面越模糊,分散相微区尺寸越小。完全相容的体系,相界面消失,微区也随之消失而成为均相体系。两种聚合物间完全不相容的体系,聚合物之间相互扩散的倾向很小,相界面和明显,界面黏接力很差,甚至发生宏观的分层剥离现象。 什么是嵌段共聚物的微相分离?如何控制嵌段共聚物的微相分离结构? 微相分离:由化学键相连接的不同链段间的相分离 控制溶剂、场诱导、特殊基底控制、嵌段分子量来控制 *简述聚合物合金界面层的特性及其在合金中所起的作用。 特性:1、两种分子链的分布是不均匀的,从相区到界面形成一浓度梯度;2、分子链比各自相区内排列松散,因而密度稍低于两相聚合的平均密度;3、界面层内易聚集更多的表面活性剂、其他添加剂、分子量较低的聚合物分子。 作用:力的传递效应;光学效应;诱导效应。 第三章 简述橡胶增韧塑料的形变机理及形变特点。 形变机理:银纹化和剪切带形变 特点:1、橡胶的存在有利于发生屈服形变;2、力学性能受形变机理影响 简述橡胶增韧塑料形变机理的研究方法及影响形变机理的因素。 定量研究:高精度的蠕变仪同时测定试样在张应力作用下的纵向和横向形变 影响因素:树脂基体;应力和应变速率;温度;橡胶含量;拉伸取向 简述橡胶增韧塑料的增韧机理,并列举实例加以说明。 多重银纹化增韧理论:在橡胶增韧的塑料中,由于橡胶粒子的存在,应力场不再是均匀的,橡胶粒子起着应力集中的作用。(脆性玻璃态高聚物受外力作用发生银纹形变时材料韧性很差) 银纹-剪切带增韧机理:银纹和剪切到之间存在着相互作用和协同作用。(ABS 拉伸过程中既有发白现象,又有细颈形成) 试比较橡胶增韧塑料和刚性粒子工程塑料的异同点。 1、增韧剂种类不同; 2、增韧的对象不同; 3、增韧剂含量对增韧效果的影响不同; 4、改善聚合物合金性能的效果不同; 5、增韧机理不同; 6、对两相界面黏结强度的要求是相同 第四章

浅谈纤维素纳米纤维增强聚合物复合材料

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/55940356.html, 浅谈纤维素纳米纤维增强聚合物复合材料 作者:王雨朦顾锋雷汪迪良刘文峰刘金凤余阳洋 来源:《石油研究》2019年第04期 摘要:由于纖维素纳米纤维有着比较特殊的结构以及性能特征,所以在对增强聚合物,制作复合材料方面有着十分广泛的运用。本文主要阐述了纤维素纳米纤维的特点,以及对纤维素纳米纤维进行化学改性分析并简述纤维素纳米纤维增强聚合物的研究进展。 关键词:纤维素纳米纤维;增强;复合材料 一、CNF的表面化学改性 CNF有着一定的纳米尺度,并且含有着数量较多的羟基,所以经常会产生团聚的情况, 而且CNF和非极性聚合物的相容效果并不理想。通过对研究CNF进行化学改性,控制CNF 表面的极性以及自由能,有效地加强了CNF和增强聚合物的相容性,制备了性能非常优秀的复合材料。一般用到的CNF表面化学改性方式主要包括将CNF表面进行衍生化和表面接枝等。 (一)表面衍生化 CNF的表面衍生化改性通常都是针对CNF中的羟基所产生的相关衍生化反应,其中,最常见的便是CNF的表面酯化和醚化改性。和一些低分子醇类材料相同,CNF也能与酸产生反应并产生纳米纤维素酯,而和烷基化剂发生反应产生纳米纤维素醚等。CNF的酯化改性一般 包含乙酰化等,其反应过程可以在多种溶液中进行,产生相关的取代度不一的物质。而醚化改性通常是按照对CNF极性的需求,通过各种醚化剂的使用,使其和CNF中的羟基发生脱水成谜反应,实现减少CNF表面极性的目标。CNF进行衍生化改性之后,表面极性大大降低,表面的羟基变为非极性基团,并且加强了CNF和非极性聚合物的反应效果以及相容性。 (二)表面枝接 CNF的表面枝接改性一般都是利用游离基聚合和加成反应,来把聚合物中体积较大的分 子移接到CNF中,使CNF的直接聚合物既可以拥有CNF原本优秀的特征,还能够具有合成 聚合物的新特性,比如稳定性和吸水性等。把聚己内酯在催化剂的催化下通过开环聚合反应的方式移接到CNF中,加强CNF在非极性有机溶液中的散布能力。移接到CNF中的聚合物分 子不但能为CNF提高性能活性,而且还可以在横向上产生反应,相互结合,也提高了CNF分子的结构密集性。 二、CNF对聚合物复合材料的增强效果 (一)CNF对环氧树脂复合材料的增强

(1)纤维增强聚合物基复合材料界面残余热应力研究

纤维增强聚合物基复合材料界面残余热应力研究 赵若飞 周晓东 戴干策 (华东理工大学聚合物加工室上海200237) 摘要:本文综述了聚合物基纤维复合材料界面残余热应力的形成、测定方法和各种理论分析方法。阐述了残余应力对界面粘结强度以及复合材料断裂韧性和强度的影响,最后对界面残余应力的控制方法作了评述。 关键词:聚合物基纤维复合材料 残余热应力 界面 1 前 言 聚合物基纤维复合材料的基体和增强纤维的热 膨胀系数存在很大的差异,而复合材料有相当部分 是在升温条件下成型的,当温度降低时,由于基体和 纤维的体积收缩率不同,会产生热残余应力,热固性 树脂在固化过程中发生体积收缩也会形成残余应 力。复合材料的残余应力同时存在于基体、纤维和 界面上,基体中的应力会使基体的性质发生变 化[1、2],使基体的耐冲击性、疲劳强度、压缩强度等下 降,甚至会引起基体的破坏。纤维中主要存在轴向 压缩残余应力,可能引起纤维发生曲折[3]。界面相 的残余应力有径向压缩或拉伸应力、环向拉伸应力 和界面剪切应力[4、5],这些应力都会对界面的粘结强 度和纤维的脱粘产生重要的影响[6~8]。 界面相残余应力的存在显然严重影响复合材料 的宏观性能,因此,人们一直希望能定量测定它,但 是界面层的厚度很小,属于微结构(纳米结构),而且界面存在材料的内部,所以难以直接测量残余应力[9]。纤维和基体中的残余应力则可采用各种实验方法来测定,例如光弹性法[2、10]、Ramman光谱法[11]、纤维总应变法[12]、碳纤维电阻率法[13]、单丝拔除法[14]等,可以通过测定邻近界面的基体或纤维中的残余应力来得到界面残余应力。另一方面,三十年来发展了有限元分析等各种理论分析方法研究复合材料残余应力[15~21],使人们对界面残余应力有了深入的认识。 近年来热塑性树脂基复合材料得到发展和广泛应用,人们对聚合物基复合材料的界面残余应力的研究越来越重视,这是因为与热固性树脂基复合材料相比,这种热塑性树脂在加工冷却过程中多伴有结晶的形成,与纤维的体积收缩比具有更大的差异[1、22] ,可能形成较大的界面残余应力。 2 残余应力的形成 聚合物基纤维复合材料有不少是在高于环境温度(150~300℃)的条件下加工,当体系温度降低时,会由于树脂和纤维的体积收缩不匹配而造成残余应力,表1列举了几种纤维和树脂的热膨胀系数和温度变化时的体积收缩率。由表1可见玻璃纤维是各向同性的,而碳纤维和凯芙拉纤维的横向和纵向热膨胀系数差别很大,当升温时沿纤维纵向收缩,横向膨胀。环氧树脂在固化过程中,伴随着化学反应体积发生收缩,产生残余应力,体积收缩率随树脂类型的不同在1%-6%范围内,固化完成后,环氧树脂随温度的降低继续发生一定的体积收缩,热膨胀系数在较窄的温度范围内(50~150℃)可看作常数(40~80ppm/℃)[24]。热塑性树脂在温度达到固化温度时(T c或者T g),体积收缩开始产生热应力,在达到固化温度以前,热塑性树脂仍然是熔体,虽然也有很大的体积收缩但却不产生残余应力,非晶型热塑性树脂的体积收缩率与环氧树脂相差不大,而结晶型的体积收缩率则相当高。 FRP/CM 2000.No.4

2015聚合物制备工程 复习范围

2015聚合物制备工程复习范围 一、基本概念与简述题 1. 聚合物生产过程的基本内容包括什么?聚合物制备工程的内容主要包括哪些方 面? 2. 举例说明如何选择一种或几种聚合物所采用的不同聚合实施方法,并说明理由。 3. 聚合物工业的原料来源有哪些?哪些属于可再生资源?简述乙烯、丙烯、异丁烯、 异戊二烯、苯乙烯、氯乙烯、丙烯酸酯类单体的制备方法。单体或有机溶剂在储存及运输过程中应注意的问题? 4. 反应器的最基本特征是什么?反应器按照操作形式如何分类及其特点? 5. 聚合反应器按照结构特征分类有几种?釜式反应器的结构特征及搅拌附件的安 装;釜式聚合反应器的除热方式及其所适用的场所。 6. 搅拌器有哪些种类?各有何特点?如何选用搅拌器? 7. 挡板、导流桶作用是什么?选择的依据是什么?在实际安装时需要注意哪些问 题? 8. 聚合物生产的分离、后处理包括的内容及其对产品性能的影响? 9. 分离的含义是什么?通常聚合物从聚合介质中分离有几种方法? 10. 写出反应器设计的物料衡算方程。分别写出间歇反应器与理想连续反应器的物料 衡算方程。 11. 间歇反应器、理想混合反应器、平推流反应器的定义及反应物的浓度变化特征? 12. 停留时间分布函数F(t)和停留时间分布密度函数E(t)的概念和联系,测定原理和方 法及其对应的函数关系。 13. 连锁聚合常用的聚合实施方法、特点、及其主要品种 14. 本体聚合的主要工程问题是什么?采取何措施解决之?实施本体聚合的主要反应 器是什么?主要产品及其聚合机理是什么? 15. 溶液聚合的主要品种有哪些?如何选择溶液聚合所用的溶剂? 16. 悬浮聚合的定义、聚合体系组成?悬浮聚合适合哪些产品的生产? 17. 常用悬浮聚合分散剂有哪些种类?其稳定机理是什么? 18. 乳液聚合的定义、聚合体系组成?乳液聚合适合哪些产品的生产? 19. 乳化剂稳定乳液的原理是什么?破乳有哪些方法? 20. 乳化剂的特征参数有哪些?如何选择乳化剂的类型和用量? 21. 凝胶效应、玻璃化效应及其机理? 22. 乳液聚合的机理与特点。 23. 如何控制乳液聚合的反应速率和乳胶粒的直径尺寸? 24. 在乳液聚合中聚合温度和引发剂的选择主要依据是什么?

2010北化聚合物制备工程答案

北京化工大学2009-2010学年第二学期 《聚合物制备工程》期末考试试卷 班基:姓名:学号:分数: 一、填空(20分) 1.一般而言聚合物的生产过程由单体精制与准备、催化剂体系准备与精制、聚合过程、分离过程、后处理过程、回收过程组成。 2、常见的聚合反应器按照结构分类包括釜式、管式、 塔式、流化床、挤出机、特殊形式的聚合反应器。 3、釜式反应釜的除热方式有夹套冷却、夹套附加内冷管、内冷管、反应物料釜外循环、回流冷凝器、反应物料部分闪蒸、反应介质预冷。 4、悬浮聚合体系由单体、水、 分散剂和引发剂组成。 5、ESBR采用乳液聚合方法生产,其聚合机理是自由基聚合,SSBR采用溶液聚合方法生产,其聚合机理是阴离子聚合。 6、可采用本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合等聚合方法制备聚氯乙烯。 7、我国镍系顺丁橡胶催化剂的主要成分是环烷酸镍、三异丁基铝和三氟化硼乙醚络合物。 8、尼龙66可采用熔融缩聚和固相缩聚方法生产。 9、反应器的基本设计方程是:(反应物流入量)-(反应物流出量)-(反应消失量)-(反应物累积量)=0。 10、PET熔融缩聚主要生产工艺是熔融缩聚和固相缩聚。

二、简述题(20分) 1.写出以下缩写的聚合物中文名称,并指出其聚合机理和工业实施方法。 PET、LDPE、SBS、GPPS、CR 答: PET 对苯二甲酸乙二酯,缩合聚合,熔融缩聚/固相缩聚 LDPE 低密度聚乙烯,自由基聚合,本体聚合 SBS 聚苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯嵌段共聚物,阴离子聚合,溶液聚合GPPS 通用聚苯乙烯,自由基聚合,本体聚合/悬浮聚合 CR 氯丁橡胶,自由基聚合,乳液聚合 2.分离和后处理过程对聚合物性能有何影响? 答:分离就是指聚合物从聚合介质分开的过程,不同的聚合实施方法可能采取的分离方法不同。分离过程将脱除绝大部分的残留单体、溶剂,这些物质不仅降低聚合物产品的性能,而且对于人体有害、污染环境。聚合物后处理工序包括分离、干燥、脱挥、脱灰、加入助剂及形状处理等几方面;但是树脂与橡胶后处理略有区别,树脂后处理主要包括脱水、干燥、加入添加剂、直接得到粉状树脂;或者经过脱水、干燥、加入添加剂、混炼、切粒、混合均化、包装得到颗粒状树脂;橡胶后处理根据用途也不同,乳液用于涂料或其他直接使用乳液的场合,乳液可以直接使用或浓缩后包装、使用;需要得到固体橡胶时则需要凝聚、脱水、水洗、挤压干燥、压块、包装。在这些后处理工序中,最关键的十脱灰和干燥工序,这些工序所使用的设备若不合理,仍会出现废品。橡胶产品导致凝胶含量高,塑料树脂导致分子量降低或交联。 3.简述采用管式和釜式反应器生产低密度聚乙烯(LDPE)的特点及产生差异的原因。 答:两种反应器所生产LDPE的特点: ?釜式反应器物料接近理想混合状态,温度均匀,可分区控制,从而可获得较窄分子量分布的聚乙烯;支化多,凝胶微粒多,通用产品;有利共聚:共聚产品多,可以生产V A达40%的EVA。 ?管式反应器的物料在管内呈平推流流动,反应温度沿管程有变化,因而反应温度有最高峰,因此所合成聚乙烯相对分子质量分布较宽。支链较少,适于薄膜产品,共聚产品少。

2009_北化聚合物制备工程_考试A

北京化工大学2008-2009学年第二学期 《聚合物制备工程》期末考试试卷 班基:姓名:学号:分数: 一、填空(20分) 1.一般而言聚合物的生产过程由、、、、、组成,其中 是核心过程。 2、采用测定理想混合反应器的停留时间密度函数,采用 测定停留时间分布函数,两者的关系是。 3、石油化学工业上的三烯、三苯是指、、 、、、。 4、反应器的基本设计方程是 。 5、乳液聚合体系由、、 和组成。 6、聚合物后处理和分离过程中,脱挥是指,脱灰是指。 7、EPS采用方法生产,GPPS可以采用和 方法生产。 8、乳液聚合中可能的成粒机理包括、 和,其中以为主要成粒机理。 9、PET的主要生产工艺是和,其工业聚合实施方法包括和。

10、常用釜式反应器由、、、及等部分组成。 二、简述题(25分) 1.对于相同的聚合反应过程而言,请作图表示分别采用间歇反应器、平推流反应器、单级理想混合反应器、多级理想混合反应器(以3级理想混合反应器为例)时反应器内单体浓度的变化趋势。 2.写出以下缩写的聚合物中文名称,并指出其聚合机理和工业实施方法。 ABS 、EPS、HIPS、IIR、IPP、NBR、PA66、PC、SAN、SBS 3.ESBR和SSBR分别采用哪些方法进行工业化生产?它们的分子结构有何差异,试解释其原因。 4.试举两例说明在逐步缩合聚合过程中如何控制两反应物的等摩尔比? 5.试分析聚苯乙烯本体聚合后期升高温度对产物分子量及其分布的影响,并简要阐述以自由基本体聚合方法制备高分子量聚苯乙烯(数均分子量大于40万)的工艺方法。 三、选择题(30分) 1.搅拌釜内流体的流动状况看,有损于搅拌轴的需要避免的流动是()。 A.径向流动 B. 切向流动 C. 轴向流动 D. 湍流 2.下列流动模型属于平推流模型的是()。 A.管式反应器 B.色谱柱 C.釜式反应器 D.流化床反应器 3.玻璃化效应常发生在( )。 A.乳液聚合 B.悬浮聚合 C.溶液聚合 D.本体聚合 4.提高乳液聚合反应速率,可以采用()。 A.增加乳化剂浓度 B.增加水油比 C.增大搅拌强度 D. 增大引发剂浓度 5.聚氯乙烯工业生产通过()控制聚合物分子量,通过()调 节聚合物的颗粒形态。 A.反应时间; B.温度; C. 转化率; D.分散剂; E. 链转移剂; F.搅拌转速 6.甲基丙烯酸甲酯悬浮聚合按照()成粒,氯乙烯悬浮聚合按照()成粒。 A.单体液滴成粒机理; B.珠状成粒机理; C.胶束成粒机理; D.粉状成粒机理 7.醋酸乙烯溶液聚合采用甲醇作为溶剂,可以起到()作用。 A. 链转移剂; B.引发剂; C.传热介质; D.链终止剂 8.高抗冲聚苯乙烯生产过程的相转变是通过( )实现的。 A. 搅拌 B. 聚合温度 C. 橡胶种类 D. 橡胶浓度 9.乳液丁苯通过()控制共聚组成,丙烯酸酯乳液聚合采用()控制共 聚组成,氯乙烯乳液聚合采用()控制颗粒分布。

聚合物基复合材料

聚合物基复合材料 摘要:本文主要研究的是聚合物基复合材料的制备、性能、和应用。聚合物基复合材料是以有机聚合物为基体,连续纤维为增强材料组成的复合材料。它有许多突出的性能:比强度大、比模量大;耐疲劳性能好;减振性好;过载时安全性好等。聚合物基复合材料的结构和性能存在广泛的灵活关系,通过不同的工艺控制,可以形成不同的结构形态,从而获得目标性能。 关键词:聚合物基复合材料制备性能应用 1、聚合物基复合材料的制备 1.1.聚合物复合材料概述及其制备流程 聚合物基复合材料(PMC)是以有机聚合物为基体,连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低,但由于其粘接性能好,能把纤维牢固地粘接起来,同时还能使载荷均匀分布,并传递到纤维上去,并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合充分展示各自的优点,并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。 实用PMC通常按两种方式分类。一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料;另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。 1.2.基体及其制备: 基体是聚合物基复合材料的主要成分。用于复合材料的聚合物基体主要按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砚、聚醚醚酮等,它们是一类线形或有支链的固态高分子,可溶可熔,可反复加工成型而无任何化学变比。热固性基体如环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂、不饱和聚酯等,它们在制成最终产品前,通常为分于量较小的液态或固态预聚体,经加热或加固化剂发生化学反应固化后,形成不溶不熔的三维网状高分子。 1.2.1热固性聚合物的制备

聚合物基复合材料的加工工艺

聚合物基复合材料的加工工艺 聚合物基复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽,复合材料工业得到迅速发展。其成型工艺日臻完善,新的成型方法不断涌现,目前聚合物基复合材料的成型方法已有20多种,并成功地用于工业生产。 复合材料制品成型工艺特点:与其它材料加工工艺相比,复合材料成型工艺具有如下特点: (1)材料制造与制品成型同时完成一般情况下,复合材料的生产过程,也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计,因此在造反材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时,都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。 (2)制品成型比较简便一般热固性复合材料的树脂基体,成型前是流动液体,增强材料是柔软纤维或织物,因此,用这些材料生产复合材料制品,所需工序及设备要比其它材料简单的多,对于某些制品仅需一套模具便能生产。 本文讨论几种主要的加工工艺。如下: 一、手糊成型工艺 手糊成型的工艺流程如下: (1)生产准备 场地手糊成型工作场地的大小,要根据产品大小和日产量决定,场地要求清洁、干燥、通风良好,空气温度应保持在15~35℃之间,后加工整修段,要设有抽风除尘和喷水装置。 模具准备准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。 树脂胶液配制配制时,要注意两个问题:①防止胶液中混入气泡;②配胶量不能过多,每次配量要保证在树脂凝胶前用完。 增强材料准备增强材料的种类和规格按设计要求选择。 (2)糊制与固化 铺层糊制手工铺层糊制分湿法和干法两种:①干法铺层用预浸布为原料,

先将预学好料(布)按样板裁剪成坏料,铺层时加热软化,然后再一层一层地紧贴在模具上,并注意排除层间气泡,使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。②湿法铺层直接在模具上将增强材料浸胶,一层一层地紧贴在模具上,扣除气泡,使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。 手糊工具手糊工具对保证产品质量影响很大。有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电锯、电钻、打磨抛光机等。 固化制品固化分硬化和熟化两个阶段:从凝胶到三角化一般要24h,此时固化度达50%~70%(巴柯尔硬性度为15),可以脱模,脱后在自然环境条件下固化1~2周才能使制品具有力学强度,称熟化,其固化度达85%以上。加热可促进熟化过程,对聚酯玻璃钢,80℃加热3h,对环氧玻璃钢,后固化温度可控制在150℃以内。加热固化方法很多,中小型制品可在固化炉内加热固化,大型制品可采用模内加热或红外线加热。 (3)脱模和修整 脱模脱模要保证制品不受损伤。脱模方法有如下几种:①顶出脱模在模具上预埋顶出装置,脱模时转动螺杆,将制品顶出。②压力脱模模具上留有压缩空气或水入口,脱模时将压缩空气或水(0.2MPa)压入模具和制品之间,同时用木锤和橡胶锤敲打,使制品和模具分离。③大型制品(如船)脱模可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。④复杂制品可采用手工脱模方法先在模具上糊制二三层玻璃钢,待其固化后从模具上剥离,然后再放在模具上继续糊制到设计厚度,固化后很容易从模具上脱下来。 修整修整分两种:一种是尺寸修整,另一种缺陷修补。①尺寸修整成型后的制品,按设计尺寸切去超出多余部分;②缺陷修补包括穿孔修补,气泡、裂缝修补,破孔补强等。 二、喷射成型技术 喷射成型技术是手糊成型的改进,半机械化程度。 (2)生产准备 场地喷射成型场地除满足手糊工艺要求外,要特别注意环境排风。根据产品尺寸大小,操作间可建成密闭式,以节省能源。

聚合物基复合材料

聚合物基复合材料 第二节聚合物基复合材料(PMC) 1.1聚合物基体 1.2PMC界面 1.3PMC制备工艺 1.4PMC性能与应用 聚合物基复合材料(PMC)是以有机聚合物为基体,连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低,但由于其粘接性能好,能把纤维牢固地粘接起来,同时还能使载荷均匀分布,并传递到纤维上去,并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合充分展示各自的优点,并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。 实用PMC通常按两种方式分类。一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料;另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。如:玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、

短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点,同时还有其本身的特殊性能。 通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料(FRP),而为各种目的加入各种填料的高分子材料不在这里论及。 1.1聚合物基体 聚合物基体是纤维增强塑料的一个必需组分,在复合材料成型过程中,基体经过复杂的物理、化学变化过程,与增强纤维复合成具有一定形状的整体。因而基体性能直接影响复合材料性能。基体的主要作用包括将纤维粘合成整体并使纤维位置固定,在纤维间传递载荷,并使载荷均匀;决定复合材料的一些性能。如复合材料的高温使用性能(耐热性)、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水、耐化学品性能)等;决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择;保护纤维免受各种损伤。此外对复合材料一些性能有重要影响,如纵向位伸、尤其是压缩性能,疲劳性能,断裂韧性等。 1、分类 用于复合材料的聚合物基体主要按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砚、聚醚醚酮等,它们是一类线形或有支链的固态高分子,可溶可熔,可反复加

纤维增强聚合物复合材料结构与性能概述

聚合物复合材料纤维增强聚合物复合材料结构与性能概述 班级 1120741 学号 25 姓名王彦辉

纤维增强聚合物复合材料结构与性能概述 一前言 纤维增强复合材料简称(FRP)是由增强纤维材料,如玻璃纤维,碳纤维,芳纶纤维等,与基体材料经过缠绕,模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。根据增强材料的不同,常见的纤维增强复合材料分为:玻璃纤维增强复合材料(GFRP),碳纤维增强复合材料(CFRP)以及芳纶纤维增强复合材料(AFRP)。 由于纤维增强复合材料具有如下特点:(1)比强度高,比模量大;(2)材料性能具有可设计性:(3)抗腐蚀性和耐久性能好;(4)热膨胀系数与混凝土的相近。这些特点使得FRP材料能满足现代结构向大跨、高耸、重载、轻质高强以及在恶劣条件下工作发展的需要,同时也能满足现代建筑施工工业化发展的要求,因此被越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。 纤维增强聚合物基复合材料也存在着一些缺点和问题,纤维的加入虽然提高了复合材料的力学性能,但同时由于其组分的多样性和制造工艺过程中稳定性问题,都会导致材料中出现缺陷 ( 比如空隙、分层、夹杂、纤维分布不均等 )。由于这些缺陷的存在,降低了纤维增强聚合物基复合材料料的延展性、断裂韧性、疲劳寿命、抗蠕变损伤的能力。 二、纤维增强聚合物基复合材料的特性 1.比强度、比模量大 碳纤维、硼纤维等有机纤维增强的聚合物基复合材料的比强度比钛合金高3-5倍,比模量比金属高4倍。这种性能因增强的纤维排列不同会在一定的范围内浮动。 2.耐疲劳性能好 金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性破坏,二聚合物基复合材料中纤维与集体的界面能阻止材料的受力所致裂纹的扩展。因此,其疲劳破坏总

碳纤维增强聚合物研究进展

第47卷第3期2019年2月 广 州 化 工 Guangzhou Chemical Industry Vol.47No.3 Feb. 2019 碳纤维增强聚合物研究进展* 马金阳,冯 霞 (天津工业大学材料科学与工程学院,天津 300387) 摘 要:纤维增强聚合物(CFRPs)以其优异的性能,在很多领域代替了传统的金属并得到了广泛应用三CFRPs界面性质决定了复合材料整体性能,因此界面研究一直是复合材料中十分重要的部分三碳纤维(CF)由于优异的性能成为了聚合物复合材料的理想增强材料,然而CF的非极性和光滑表面使其难以提供所需的化学相互作用和有效的物理吸附三本文对碳纤维表面改性从而增强复合材料界面方法做了较为系统的阐述三 关键词:纤维增强聚合物;碳纤维;界面性能;表面改性  中图分类号:TQ342 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2019)03-0014-03 *基金项目:天津市自然科学基金(No:18JCYBJC18100)三 Research Progress on Fiber Reinforced Polymer* MA Jin-yang,FENG Xia (School of Materials Science and Engineering,Tianjin Polytechnic University,Tianjin300387,China) Abstract:Fiber reinforced polymer composites(CFRPs)has been widely used in many fields because of excellent mechanical properties.The interfacial properties of CFRPs determine the overall properties of composites,so the study of interface of composites is an important issue.Carbon fiber(CF)is an ideal reinforcing material for CFRPs because of its excellent properties.However,the inertness and smooth surface of CF make it difficult to provide the effective chemical and physical interaction.The surface modification methods of carbon fibers to strengthen the composites were systematically expounded. Key words:fiber reinforced polymer composites;carbon fiber;interface;surface modification 碳纤维(CF)由于其高比强度二比模量二低密度二耐高温二 抗腐蚀等特点,成为了聚合物复合材料的理想增强材料[1]三碳 纤维增强聚合物(CFRPs)因为强度大二质量轻,已经大量替代 传统金属在高性能汽车和航空航天等领域应用三在CFRPs中, 纤维增强组分并提供结构支撑,而树脂赋予进一步的刚度和模 塑能力三复合材料的性能不仅取决于复合材料中各个组分的性 质,而且与纤维-基体界面的质量密切相关[2]三为了确保从聚 合物基质到增强结构纤维的有效载荷转移,需要控制纤维和基 质之间的界面性质三然而,碳纤维的非极性和光滑的石墨表面 使得难以提供所需的化学相互作用和有效的物理吸附三因此, 通过碳纤维表面修饰来设计界面微观结构和相互作用以增强界 面是必不可少的三针对碳纤维表面结构特性,近年国外学者提 出了很多方法对其进行表面改性,包括电泳沉积二化学接枝二 等离子体聚合二物理涂层二化学气相沉积二水热法等方法三 1 电泳沉积(EPD) 电泳沉积(EPD)技术因其能够在短的处理时间内在三维复 杂表面上加载大量纳米材料同时确保高柔韧性而受到广泛关 注,通过使用简单的EPD工艺,可以将带电纳米增强材料涂覆 在导电碳纤维上三Kwon等[2]通过阳极电泳沉积将稳定在水性 介质中的石墨烯/碳纳米管杂化材料涂覆在碳纤维上三化学氧 化的石墨烯,氧化石墨烯作为碳纳米管分散的稳定剂,并且在 电泳沉积期间当作氧化石墨烯/碳纳米管混合物的传输介质三这 种混合涂层增加了碳纤维的润湿性和表面粗糙度,导致了碳纤 维和环氧基质之间的亲和力提高三与未涂覆的碳纤维复合材料 相比,改性后碳纤维制得的复合材料的短束剪切强度增强超过 10%,导电率增加超过1400%三 2 化学接枝 化学接枝即可以通过碳纤维和改性剂之间的强化学键产生 受控的,有序的和活性的结构,增强碳纤维的表面活性和润湿 性三从而确定复合材料强度,韧性和能量吸收能力三Liu等[4] 提出了一种简单有效的碳纤维改性化学改性方法三通过溶液浸 渍将碳纤维表面涂覆有乙烯-甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘 油酯(E-MA-GMA)三元共聚物三通过红外热重和扫描电镜测 试确认在碳纤维表面均匀接枝2%重量比的E-MA-GMA层三 XPS表明改性后表面含氧官能团明显增加,有利于提高CFs的 反应活性三该处理结果有助于通过微滴实验提高界面粘附力, 界面剪切强度提高可达到157%三极限抗弯强度,冲击能和抗 拉强度分别提高了139.3%,233.9%和126.1%三此外,CF表 面处理结合MAPP改性,PP复合材料的机械性能均得到显着提 高三分析证明优异的性能不是由纤维长度或结晶度引起的,主 要是由于分子间链缠结的优异界面相互作用,以及E-MA- GMA和MAPP之间的化学反应三Gao等[5]在碳纤维表面上的原

相关文档
相关文档 最新文档