共聚尼龙与乙基纤维素共混物的制备及性能表征

采用溶液共混合液-固相转变法制备出共聚尼龙与乙基纤维素共混物(PA-170/EC)。以黏度法、折光指数法和热重分析法研究了PA-170与EC的相容性和热稳定性。用高效液相色谱法表征了PA-170/EC共混物的界面性能。实验结果表明PA-170和EC有较好的相容性,且EC可改善PA-170界面亲水性和吸附性;PA-170/EC对不离解的极性有机物的分离效率优于纯PA-170和EC。     

PA6/POE共混物的分子动力学与介观动力学模拟

为了预测聚己内酰胺(PA6)与聚烯烃热塑性弹性体(POE)的相容性及其共混物的玻璃化转变温度(Tg)、力学性能和结合能,采用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)模拟方法对PA6/POE共混物进行了研究。结果表明:通过温度-比容曲线可以得到PA6/POE共混体系的Tg分别对应于PA6与POE的Tg,PA6/POE为不相容体系;Meso-Dyn模拟了共混物的介观形貌与动力学演变过程,通过比较混合物的有序度参数的大小判断混合物为不相容体系。本模拟方法可以作为预测聚合物共混物性能的有利工具,也可以为高聚物配方设计提供理论指导。     

聚醚砜含量对纤维素/聚醚砜中空纤维血液透析膜结构和性能的影响

以离子液体氯代1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMIM]Cl)为溶剂来纺制纤维素/聚醚砜共混中空纤维膜,考察了聚醚砜含量对中空纤维膜结构与性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)对膜内、外表面形态结构进行了观察,测试了中空纤维膜的水通量、截留率等渗透性能,最大拉伸强度、断裂伸长率、杨氏模量等力学性能以及透析性能。结果表明:随着聚醚砜含量的增加,中空纤维膜外表面孔洞结构变大,内表面结构变得更加疏松,膜孔隙率与水通量升高,最大拉伸强度、断裂伸长率、杨氏模量等力学性能则逐渐下降;对尿素的清除效率逐渐提升;对溶菌酶和牛血清白蛋白的清除效率逐渐增大,在聚醚砜含量为13%时分别达到最大值24.05%和19.91%。     

聚合物共混相容性分子动力学模拟进展

本文简要介绍了分子模拟方法和分子动力学方法.着重从分子动力学模拟角度介绍如何模拟聚合物共混相容性的方法,引入了溶解度参数和Huggins-Flory相互作用参数的概念以及分子动力学模拟的具体方法.文章综述了分子动力学模拟在研究聚合物共混相容性的国内外的现状及应用;并对分子动力学模拟的发展趋势作了展望.     

杜仲胶/天然橡胶共混物的分子动力学模拟和耗散粒子动力学模拟

应用分子动力学(MD)和耗散粒子动力学(DPD)模拟方法对杜仲胶(TPI)、天然橡胶(NR)的相容性进行了研究。采用MD模拟方法,在COMPASS力场下,对纯物质在不同聚合度下的溶度参数、一系列共混比的TPI/NR共混物内聚能密度、Flory-Huggins作用参数进行了模拟计算,确定了纯物质单链的聚合度,经判断各比例共混物的相容性均较好;采用DPD模拟方法对TPI/NR共混体系的相结构进行了研究,从等密度图可以进一步判断共混体系的相容性;分析比较两种纯物质的径向分布函数,揭示了其相互作用的本质;经过分析比较静态力学性能,发现共混比为1/3的TPI/NR共混物性能最佳,其结论与实验结果一致。     

聚醚砜/磺化聚醚砜共混膜的亲水性和血液相容性

通过亲电取代反应成功合成了磺化聚醚砜并制备了聚醚砜/磺化聚醚砜共混膜。膜的水吸附量和水接触角实验表明,和单纯的聚醚砜膜相比,由于磺酸基的存在使得共混膜的亲水性得到提高。牛血清蛋白吸附实验结果显示:与聚醚砜膜相比,共混膜能有效地抑制牛血清蛋白的吸附。凝血时间实验则表明,聚醚砜/磺化聚醚砜共混膜的凝血时间比纯聚醚砜膜的凝血时间延长了2～3倍,因而共混膜的血液相容性较纯聚醚砜膜得到提高。     

PET/PLA共混物中小分子扩散行为的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟方法研究了O2、CO2小分子在不同质量比(90/10、70/30、50/50、30/70和10/90)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚乳酸(PLA)共混物中的扩散行为,基于Einstein关系式计算了小分子在共混物中的扩散系数。讨论了不同探针半径对自由体积分数(FFV)的影响以及自由体积分数与扩散系数的关系。研究结果表明,探针半径越大,自由体积分数越小;扩散分子的动力学半径越小,在同一比例PET/PLA共混物中的扩散系数越大,与自由体积理论取得统一。当PET/PLA共混物质量比为70/30时共混物的阻隔性能最好。     

聚醚砜与热致液晶共混物的相容性

用示差扫描量热器，动态粘弹谱仪和扫描电镜研究了热致液晶与聚醚砜的相容性，当液晶含量小于１０％时，共混物为相容体系，含量在１０％－２０％为部分相容体系，含量超过２０％为相分离体系。     

POE/PA共混物性能的分子动力学与介观动力学模拟

为了预测聚烯烃弹性体(POE)与不同聚酰胺(PA6、PA11和PA1010)的相容性及共混物的力学性能和介观形貌,采用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)模拟方法对不同种类的POE/PA共混物进行了研究。结果表明,3种共混体系中PA11/POE共混物的拉伸模量、体积模量及剪切模量都较小,韧性比较好,力学性能和结合能最好;MesoDyn模拟结果表明,PA11与POE相容性最好。本模拟方法可以作为预测聚合物共混物性能的有利工具,也可以为高聚物配方设计提供理论参考。     

Development of functionally-graded reservoir of PCL/PG by selective laser sintering for drug delivery devices

Drug delivery devices are systems employed to conduct a drug to a specific site of the body, where it should be released and absorbed. Reservoir-type systems are devices in which the drug is contained within a nucleus isolated from the outside environment by a thin polymeric layer, which regulates a diffusion process driven by a functional concentration gradient. In this study two reservoir-type drug delivery devices based on polycaprolactone (PCL) were developed for the release of progesterone (PG) using the Selective Laser Sintering (SLS) technique, in order to investigate the influence of the concentration gradient promoted during manufacturing on the drug delivery profile. Two types of controlled-drug-release devices were fabricated; the first containing only the polycaprolactone polymer in the reservoir wall (system R) and the second containing PLC and 15% of progesterone in the wall (system R*). The cores of both reservoirs were filled with 40 mg of progesterone. A study on the degradation was conducted to assess the release process of the two systems. The drug delivery results showed that for both reservoirs the amount of drug released was linear over time, featuring zero-order release kinetics. The higher mass loss with the incorporation of the drug into the wall of the reservoir was associated with faster release of the drug to the medium. The feasibility of building three-dimensional parts using the SLS technique allowed the construction of reservoir-type devices based on a functional gradient for the controlled-release of the drug.     

石墨/树状大分子复合材料的分子动力学模拟

在COMPASS(Condensed-phase optimized molecular potentials for atomistic simulation studies)力场下, 对以氨(Amine)、 丁二胺(Butanediamine)为核的1代~3代(1G~3G)石墨/树状大分子纳米复合材料进行了分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation)。介绍了复合体系的构建过程及分子动力学模拟细节, 从微观构形、 能量变化研究了正则系综(恒定的NVT)中6种插层复合物的稳定性及其机理, 最后利用径向分布函数(Radial distribution function)对能量变化结果进行了分析。结果表明, 当树状大分子体积较小时, 石墨层容易弯曲, 体系能量较高, 导致复合体系不稳定; 随着树状大分子代数的增加, 石墨层形变减小, 体系能量降低, 3代时树状大分子体系最稳定。      

石墨纳米片/聚乙烯复合物分子动力学模拟

通过分子动力学模拟对石墨纳米片（GNP）/聚乙烯（PE）复合物的结构、力学和气体输运性质进行计算研究,分析其随模拟温度和GNP填充量的变化规律,探讨纳米界面形成、复合机制及结构与特性的关系。GNP/PE复合物呈现二维结构,GNP趋向于平面取向排列并通过范德华力和纳米石墨片层表面上的碳氢-π键使周围几个原子尺度内的PE分子固化为有序原子层,而PE基体仍然为各向同性的无定形结构。GNP/PE界面上纳米复合作用使体系能量降低,与PE体系相比,GNP/PE的杨氏模量和泊松比分别显著增高和降低。GNP平面取向导致GNP/PE的力学特性表现出二维各向异性的弹性常数张量,在石墨纳米片层平面方向上的杨氏模量明显增高,并且随温度的降低和GNP填充量的提高而增大,填充GNP有效改善了GNP/PE的力学性质。GNP/PE复合物的气体输运性质明显受到填充GNP的气体阻隔和取向的影响并且对3种气体渗透没有明显的选择性。GNP与基体的纳米复合导致N₂、O₂和CO₂的分子输运呈现二维各向异性,随着石墨纳米颗粒填充量的增加,取向GNP层面方向的扩散系数比垂直方向高5~8倍,可用于气体分子屏障与渗流控制。     

选择性激光烧结铝/尼龙复合粉末材料

制备了不同铝粉含量的尼龙12覆膜复合粉末,利用扫描电镜(SEM),能谱分析(EDX),差示扫描量热分析(DSC),热失重分析(TG)对粉末材料的形貌以及热性能进行了表征。对复合粉末进行激光烧结成形,并研究了不同铝粉含量对烧结件尺寸精度以及力学性能的影响。结果表明:尼龙与铝粉表面粘结良好,烧结过程中尼龙熔融,铝粉均匀分布在尼龙基体中;随着铝粉含量的增多,烧结件的弯曲强度和模量显著提高,冲击强度逐渐降低;铝粉质量分数为50 wt%时,烧结试样的弯曲强度和模量与纯尼龙烧结试样相比分别提高了62. 1%和122.3%;铝粉含量的增多能够有效抑制尼龙基体的收缩,提高烧结件的精度。      

Microstructure and elastic properties of sintered hydroxyapatite

The paper focuses on the dependence of microstructure and elastic properties of sintered hydroxyapatite on the processing parameters. Several specimens were sintered in conventional furnace at various temperatures. Elastic moduli were measured ultrasonically and information about the microstructure was recovered from these data and then verified by analysis of microphotographs. It was obtained that the average shape of pores becomes more round as the sintering temperature increases. That leads, in particular, to higher fracture toughness of the material since the stress concentration near pores is reduced.     

双原子氧气液界面特性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,考虑氧分子中原子间键的谐振势作用,研究了双原子氧的平衡态气液相变特性以及不均匀相界面区的表面张力等性质。根据双原子氧气液相饱和密度的实验数据,确定Lennard-Jones势能模型中氧原子的参数,模拟得到了不同温度下气液相的密度和饱和压强,与实验数据符合良好,验证了确定的氧原子参数的正确性。通过模拟得到了界面压力张量的法向和切向分量的分布曲线以及界面表面张力随温度的变化曲线,在气液界面区,压力张量的法向与切向分量存在较大的势阱和势垒,界面的表面张力随温度线性降低,当达到临界温度时,表面张力减小到0。     

硅基双层复合自组装分子膜结构特性及其润湿行为的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了单晶硅（Si）表面N-3-（三甲氧基硅烷基）丙基乙二胺（DA）-月桂酰氯（LA）（DA-LA）双层复合自组装分子膜（SAMs）的结构特性,得到膜层中DA和LA分子的最佳覆盖率及分布情况。进一步讨论了水滴在DA-LA双层复合SAMs表面的润湿过程,通过接触角和径向分布函数等参量对其润湿行为进行了分析。研究表明：DA分子在Si上覆盖率为50%、LA分子在DA自组装单分子膜（DA SAM）上接枝率为100%时,分子膜呈有序排布,体系能量最低,从分子角度揭示了Si表面覆盖致密SAMs的形成机制。当取最佳覆盖率体系进行润湿机制模拟时,DA-LA双层复合SAMs表面水滴接触角与实验值相似,表现出良好的疏水性。而DA SAM表面由于DA分子短而稀疏,暴露出底层更亲水的羟基分子,从而导致所得接触角较实验偏小;经测量及计算得出,羟基化Si表面自由能最高,表现出较强的亲水性;DA表面次之;DA-LA表面自由能最低,表现出良好的疏水性。进一步分析发现：羟基化Si表面、DA SAM表面与水滴间存在氢键,加强了表面的亲水性,而DA-LA双层复合SAMs表面与水滴间只存在弱范德华力,有利于表面呈现疏水性。     

HA/PLA复合材料界面相互作用及其力学性能的MD模拟

基于HA/PLA复合材料可以在很大程度上实现HA与PLA两者的优势互补,有望成为一种理想的骨替换材料。运用分子动力学(MD)方法,从分子理论的角度研究了羟基磷灰石(HA)的3个晶面(001)、(100)、(110)分别与聚乳酸(PLA)相互作用后混合体系的结合能,并对(110)晶面径向分布函数和力学性能进行了计算分析。结果表明,3晶面所对应结合能大小为HA(110)>HA(100)>HA(001);其相互作用主要源自PLA中的O原子分别与HA中的H原子形成的氢键以及Oa1—Ca之间形成了离子键;PLA组分能够对HA的力学性能起到明显的加强作用,且HA/PLA混合体系在各个方向的力学性能较单组分HA更为接近,从而克服了因材料各向异性而导致的缺陷。     

碳纳米管/聚乙烯复合物分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法模拟了碳纳米管/聚乙烯复合物的结构、热力学和力学特性,分析其随模拟温度和碳纳米管填充率的变化。模拟结果表明,碳纳米管/聚乙烯复合物为各向同性的无定形结构,聚乙烯和碳纳米管通过较强的范德华作用结合在一起,在聚乙烯基体作用下,碳纳米管壁上的碳原子排列的周期性下降,出现弯曲和褶皱。从能量上看,填充率较高的复合物更加稳定。碳纳米管/聚乙烯复合物具有比聚乙烯体系更高的等容热容和与聚乙烯体系相反的负值热压力系数,热容随碳纳米管填充率的变化较小,但随温度的升高而明显减小,具有显著的温度效应;热压力系数随温度的变化较小,温度稳定性比聚乙烯更好,但随填充率增加而减小。碳纳米管/聚乙烯复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量,弹性模量和泊松比比纯聚乙烯体系高得多,并且都随温度的升高和碳纳米管含量的降低而减小,说明加入碳纳米管可显著改善聚乙烯的力学性质。     

New model for shrinkage compensation in selective laser sintering

This paper presents a new model for shrinkage and a new approach for shrinkage compensation to enhance the accuracy of parts produced by selective laser sintering (SLS)–a solid freeform fabrication process. The present prevailing approach as proposed by machine manufacturers is simple but not accurate. A new shrinkage model which accounts for part geometry as well as beam offset is proposed in this work. A new compensation scheme which accounts for nonlinear shrinkage is proposed, implemented and validated. The proposed compensation scheme compensates for shrinkage at every layer and at every hatch length, unlike a uniform compensation scheme applied to entire part. A new algorithm which accounts for this is developed and implemented. Experiments carried out with the new shrinkage model as well as with the new compensation scheme have shown significant improvement in the accuracy of the parts produced which establishes the effectiveness of the proposed methodology.