高性能填充β-PP復(fù)合材料的制備原理與技術(shù)研究

PP及其填充復(fù)合材料主要形成強度和剛性高，韌性和沖擊強度低的α-PP，采用高韌性β-PP作為基體是發(fā)展高性能PP復(fù)合材料的有效途徑。但至今填充β-PP復(fù)合材料發(fā)展很慢，關(guān)鍵問題是填料表面α-成核作用的影響，難于通過添加填料和β-成核劑的方法得到高β-晶含量的填充PP復(fù)合材料。針對以上問題，本項目提出負載型β-成核劑概念，依據(jù)庚二酸與硬脂酸鈣合成庚二酸鈣β-成核劑的基本原理，探索了庚二酸與含鈣或不含鈣填料反應(yīng)形成庚二酸鈣的科學(xué)問題和具有β-成核作用填料粒子制備技術(shù)，證實了PP常用填料對PP結(jié)晶發(fā)生了α→β成核機理的轉(zhuǎn)變，發(fā)明了一種制備簡單、成本低廉、β-成核效率高的填充β-PP制備技術(shù)。納米碳酸鈣與庚二酸反應(yīng)形成庚二酸鈣負載在納米碳酸鈣粒子表面，獲得具有β-成核作用的納米碳酸鈣。填充PP復(fù)合材料中的β-晶含量隨著碳酸鈣用量增加而提高，獲得β-晶含量高于95%的碳酸鈣填充PP復(fù)合材料。而加入填料和β-成核劑的傳統(tǒng)方法制備PP 復(fù)合材料的β-晶含量低于50%。為了證實這一技術(shù)的普適性，探索了含鈣的蒙脫土和硅灰石負載庚二酸鈣的科學(xué)問題，同樣獲得具有β-成核作用的蒙脫土和硅灰石，其填充PP中的β-晶含量也隨β-蒙脫土用量增加而提高，可制備高填充量高的β-晶含量的填充β-PP復(fù)合材料。對于不含鈣填料，發(fā)現(xiàn)先將填料與庚二酸作用后再與含鈣物質(zhì)反應(yīng)或引入含鈣物質(zhì)后再與庚二酸反應(yīng)，都可實現(xiàn)填料表面成核機理α→β轉(zhuǎn)變，而獲得具有β-成核作用的填料。如MWCNT與庚二酸作用后，再與乙酸鈣反應(yīng)形成庚二酸鈣，可得到高β-成核作用的MWCNT。采用傳統(tǒng)方法制備MWCNT填充β-PP材料，難于得到高β-晶含量的復(fù)合材料。而β-MWCNT填充可獲得95%以上β-晶含量的高填充PP納米材料，且不受MWCNT用量影響。而分子篩經(jīng)氯化鈣或醋酸鈣鈣化后，再與庚二酸反應(yīng)可獲得高β-成核作用的β-分子篩。其填充PP材料β-晶含量高達95％。以上研究在國內(nèi)外發(fā)表SCI論文28篇，授權(quán)發(fā)明專利1件，Scopus-分析搜索結(jié)果顯示為近幾年國際上發(fā)表β-PP復(fù)合材料論文最多的機構(gòu)和作者，被國外學(xué)者認為做出杰出、開創(chuàng)性的工作。該研究對于發(fā)展高韌性PP結(jié)構(gòu)與功能材料和填充β-PP材料低成本產(chǎn)業(yè)化具有重要科學(xué)意義和實用價值。 2100433B

針對目前填充聚丙烯（PP）復(fù)合材料都為α-PP基體，沖擊強度較低，采用彈性體增韌雖可提高韌性，但引起材料剛性降低。本項目通過研究PP不同填料表面的α-成核作用轉(zhuǎn)化為β-成核作用的科學(xué)問題，解決實現(xiàn)填料表面α-成核作用轉(zhuǎn)變?yōu)棣?成核作用的技術(shù)問題，為低成本制備具有高效β-成核作用的填料（簡稱β-填料）提供科學(xué)與技術(shù)依據(jù)。通過研究β-填料與PP復(fù)合制備高韌性的填充β-PP復(fù)合材料中β-PP形成的科學(xué)問題，解決高性能填充β-PP復(fù)合材料的制備技術(shù)問題，為低成本制備高性能填充β-PP復(fù)合材料提供科學(xué)與技術(shù)依據(jù)。通過不同填料表面成核作用的轉(zhuǎn)變，探索填充PP復(fù)合材料中α-和β-成核機理相互轉(zhuǎn)變的規(guī)律，為深入研究β-成核機理提供科學(xué)依據(jù)。本項目實現(xiàn)填料表面α-成核作用轉(zhuǎn)變?yōu)棣?成核作用和高β-PP含量填充PP復(fù)合材料的制備及其研究，具有領(lǐng)先性和創(chuàng)新性，

針對填料表面成核機理α→β轉(zhuǎn)變、填充PP復(fù)合材料中α-成核作用與β-成核作用的相互影響和β-晶含量可控技術(shù)、填料增強與β-晶韌性協(xié)同作用研究很少報道，為結(jié)合β-PP的高韌性和無機粒子的增強作用，開發(fā)高性能填充β-PP復(fù)合材料，重點研究：（1）不同形態(tài)（納米和微米級球狀、層狀、棒狀等）填料表面成核機理α→β轉(zhuǎn)變和表面具有β-成核能力可控的不同形態(tài)填料的制備技術(shù)，提供一系列不同形態(tài)β-填料。（2）同種和異種填料填充PP復(fù)合材料中的α-成核作用和β-成核作用相互影響和填充PP復(fù)合材料中β-成核能力可控的技術(shù)，提供一系列β-晶含量可控的填充PP復(fù)合材料。（3）填充PP復(fù)合材料的力學(xué)性能、斷裂機理與β-晶含量、β-球晶結(jié)構(gòu)形態(tài)、填料形態(tài)及其分散性、界面相互作用關(guān)系，填料增強與β-晶增韌協(xié)同作用和高韌性填充PP復(fù)合材料制備的技術(shù)。通過以上研究，制備出高強度、高剛性、高韌性的高性能填充β-PP復(fù)合材料

《高性能耐磨銅基復(fù)合材料的制備與性能研究》由王德寶、吳玉程著。通過SEM、XRD、TEM和其他實驗檢測儀器對粉末的機械合金化過程，復(fù)合材料的微觀組織特征以及機械、物理和摩擦磨損性能進行了系統(tǒng)研究，為拓展新型高性能銅基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域打下堅實的基礎(chǔ)。

《高性能耐磨銅基復(fù)合材料的制備與性能研究》以開發(fā)高性能導(dǎo)電（熱）耐磨銅基復(fù)合材料為目標，通過成分和工藝優(yōu)化，采用機械合金化（MA）、冷壓成形和復(fù)壓復(fù)燒工藝制備出了滿足性能要求的顆粒增強Cu（—Cr）基復(fù)合材料，以尋求最佳的材料制備工藝，滿足材料的高強度、高導(dǎo)電（熱）性以及優(yōu)良的摩擦磨損性能要求。