新疆理化所纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料研究取得新進(jìn)展

　　相比傳統(tǒng)材料，新型纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料因其質(zhì)輕、高強(qiáng)、綜合性能優(yōu)異，在航空航天、軍事、國防、汽車、船舶制造、醫(yī)療器械、運動器材等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。聚丙烯（PP）作為五大通用型熱塑性樹脂之一，產(chǎn)量僅次于聚乙烯和聚氯乙烯，已成為增長最快的通用塑料。然而，PP仍然有一些不足，例如加工過程收縮率高、低溫下韌性和沖擊強(qiáng)度低、易老化。隨著新的應(yīng)用領(lǐng)域和場合對材料綜合力學(xué)性能要求的不斷提高，開發(fā)新型高性能聚丙烯復(fù)合材料的新工藝成為該領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。

　　受生物骨組織替換材料纖維增強(qiáng)和相變增韌的啟發(fā)，中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所資源化學(xué)研究室張亞剛研究團(tuán)隊創(chuàng)造性地將纖維增強(qiáng)和成核劑調(diào)控聚丙烯結(jié)晶行為相結(jié)合，研發(fā)了合成新型聚丙烯復(fù)合材料的新方法。該方法是由聚丙烯、增容劑、玻璃纖維、成核劑、抗氧劑采用兩步法工藝而成，首先用成核劑誘導(dǎo)聚丙烯成核，然后再用玻璃纖維與之復(fù)合進(jìn)行進(jìn)一步增強(qiáng)的方法，解決了傳統(tǒng)方法中直接將聚丙烯與成核劑及纖維進(jìn)行混合，由于玻璃纖維作為一種外來雜質(zhì)的引入，使得成核劑不能有效發(fā)揮其調(diào)控聚丙烯結(jié)晶行為的作用的問題。

　　研究工作首次系統(tǒng)研究了不同α成核劑與玻璃纖維組成的復(fù)合體系制備聚丙烯復(fù)合材料的效果，同時考察了成核劑濃度對聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能的影響；發(fā)現(xiàn)了一系列可同時使得PP達(dá)到剛韌平衡的α成核劑/玻璃纖維組合體系和最佳配方。相關(guān)研究成果于近期發(fā)表在國際刊物 《應(yīng)用高分子科學(xué)雜志》（Journal of Applied Polymer Science）上。 

　　此外，科研人員還首次考察了將玻纖增強(qiáng)和β成核劑調(diào)控結(jié)晶行為相結(jié)合制備聚丙烯復(fù)合材料中，玻纖和β成核劑對改性PP的結(jié)晶行為和力學(xué)性能的影響，揭示了增強(qiáng)纖維與基體樹脂界面粘附性能的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)了玻璃纖維增強(qiáng)可彌補(bǔ)β成核劑改性對PP剛性帶來的損失，大大改善其綜合力學(xué)性能。相關(guān)研究成果于近期發(fā)表在國際刊物《英國皇家化學(xué)會進(jìn)展》（RSC Advances）上。 

　　研究成果“一種聚丙烯復(fù)合材料的制備方法“已申請國家發(fā)明專利，該方法將α和β兩個系列成核劑調(diào)控結(jié)晶行為分別與玻璃纖維增相結(jié)合制備高性能聚丙烯復(fù)合材料，設(shè)計制備出了剛性和韌性平衡的聚丙烯復(fù)合材料，為設(shè)計新型聚丙烯復(fù)合材料提供一種新的思路和方法。

　　該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、“千人計劃”、新疆青年科技創(chuàng)新人才-杰出青年科學(xué)基金等的支持。

    論文鏈接 1，2

α系列成核劑改性與玻璃纖維增強(qiáng)相結(jié)合制備新型聚丙烯復(fù)合材料示意圖

β系列成核劑調(diào)控結(jié)晶行為與玻璃纖維增強(qiáng)相結(jié)合增強(qiáng)纖維與基體樹脂界面粘附性能的機(jī)理示意圖