聚硅氧烷型交联剂的制备及其在聚合物多孔材料中的应用

为了获得性能优异的聚合物多孔材料,首先,在封端剂六甲基二硅氧烷(MM)的存在下,通过硅酸钠与甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)的水解缩聚反应制备了含甲基丙烯酰氧基丙基官能基团的MTQ有机硅树脂;然后,以MTQ硅树脂为交联剂,丙烯酸异辛酯(EHA)为单体,利用高内相比乳液模板法制备了MTQ硅树脂/聚丙烯酸异辛酯(PEHA)聚合物多孔材料;最后,对该多孔材料的孔结构、压缩性能和热稳定性进行了研究。结果表明:采用MTQ硅树脂作为交联剂制备得到的MTQ硅树脂/PEHA聚合物多孔材料的泡孔孔径介于4~10μm范围内,毛孔孔径分布于0.3~2.0μm区间内;泡孔之间紧密相连,毛孔均匀分布且通道较窄。MTQ硅树脂含量对MTQ硅树脂/PEHA聚合物多孔材料的比表面积和孔容的影响较小,但可显著提高聚合物多孔材料的热稳定性和压缩强度;在氮气氛围下,聚合物多孔材料的最大热分解速率温度可达411.5℃。     

PEK-C膜层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能

为探究热塑性酚酞基聚醚酮（Polyaryletherketone with Cardo,PEK-C）树脂薄膜及膜厚对层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响,利用浸渍提拉法制备了三种不同厚度（分别约为1 μm、10 μm、30 μm）的PEK-C膜,通过热压成型制备了层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料层合板,对其进行了Ⅰ型层间断裂韧性、冲击后压缩强度、层间剪切及弯曲性能测试,并利用SEM观察微观形貌及AFM扫描微观相图。结果表明:不同PEK-C膜厚增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性、冲击后压缩强度及层间剪切强度有不同程度提高,Ⅰ型层间断裂韧性及层间剪切强度以膜厚为10 μm最佳,分别增大了157.17%和17.57%,冲击后压缩强度以膜厚为30 μm最佳,达到了186.67 MPa,这是由于PEK-C与环氧树脂在热压固化过程中形成了双相结构,改善了材料韧性;但弯曲性能持续下降,强度及模量由未增韧的1 551 MPa、106 GPa分别降至30 μm时的965 MPa、79 GPa,这是由于PEK-C树脂扩散进入环氧树脂中,降低了纤维体积分数及材料刚度。      

颗粒尺寸对B4C增强铝基中子吸收材料界面反应与力学性能的影响

采用粉末冶金真空热压法制备了B₄C质量分数为31%、平均颗粒尺寸分别为6.5 μm、9.3 μm、17.3 μm、28 μm、39.5 μm的纯Al和6061Al基体的复合材料。对复合材料进行微观结构和力学性能检测,结果表明:所有复合材料的B₄C颗粒在基体中都均匀分布,且致密度都达到99%以上;对于纯Al基复合材料,随着颗粒尺寸增加,其致密度和塑性逐渐增加,强度逐渐下降;对于6061Al基复合材料,致密度随着颗粒尺寸的增加稍有降低,其强度和塑性受颗粒尺寸和热压温度共同影响,当热压温度610℃时,界面反应严重,随B₄C颗粒尺寸增加,强度先下降后上升,塑性先上升后下降;当热压温度580℃时,界面反应轻微,复合材料强度逐渐下降,塑性逐渐上升。颗粒尺寸、界面反应和基体材料等均影响B₄C增强铝基复合材料的力学性能。      

多孔 n2 HA/ PA26复合材料的制备及性能

采用注塑方法制备了多孔纳米磷灰石/聚酰胺26 (n2 HA/ PA26) 复合材料 , 采用 SEM、XRD、IR、 力学性能测试考察了多孔材料的性能。结果发现 : 多孔纳米磷灰石/聚酰胺26复合材料的孔隙分布均匀 , 贯通性良好 , 孔的尺寸约为 100～700μm , 平均孔径约 300～500μm , 大孔壁上有丰富的微孔 ; 所得多孔复合材料的孔隙率可控 , 总孔隙率最高可达 881 6 %; 多孔材料的总孔隙率降低 , 则开孔率随之降低 ; 多孔纳米磷灰石/聚酰胺26 复合材料的抗压强度为 1. 1～15. 6 MPa , 压缩模量为 0. 4～1. 4 GPa ; 在总孔隙率相近的条件下 , 多孔材料的抗压强度随 n2 HA质量分数增加而升高; 发泡剂和发泡过程对组成纳米磷灰石/聚酰胺26复合材料的两组元材料的性质和结构无影响。这种多孔材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。     

纳米柠檬酸锌对聚乳酸挤出发泡行为的影响

采用超临界二氧化碳(SC-CO₂)连续挤出发泡方法,研究了纳米柠檬酸锌(NZnC)对聚乳酸(PLA)发泡行为的影响。首先,采用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)和压缩试验机分别研究了纳米柠檬酸锌(NZnC)、食品级柠檬酸锌(FZnC)、纳米二氧化硅(N-SiO₂)、癸二酸二苯基二酰肼(TMC-300)和滑石粉(Talc) 5种成核剂对PLA等温结晶行为、成核剂/PLA复合材料的微观形貌、PLA泡沫发泡性能及压缩性能的影响。结果表明,NZnC的PLA等温结晶速率最快、在PLA中分散性及相容性最佳、PLA泡沫发泡性能及压缩性能改性效果最好。继而,研究了NZnC含量对PLA泡沫发泡性能及压缩性能的影响,其结果表明,NZnC质量分数为0.5%时,PLA泡沫的发泡性能最好(发泡倍率为31倍、泡孔密度为3.02×10⁹ cm^-3、平均泡孔直径为17.11μm),压缩性能也最好(压缩模量为19 MPa、压缩强度为0.35 MPa)。     

PEO/CaC03/PLA复合材料开孔结构的制备

采用聚乳酸(PLA)、聚氧化乙烯(PEO)、碳酸钙(CaCO3)熔融共混制备具有开孔结构的PLA多孔材料,借助于扫描电镜、孔隙率、热分析和压缩性能的测试方法,研究了连续混炼工艺对多孔材料结构和性能的影响.结果表明,过高或过低的转子转速和加料量都会导致多孔材料孔隙率的下降.当转子转速为600 r/min,加料量为2.61 kg/h时,孔隙率达到最大值76.8％.压缩模量和压缩强度分别为4.3 MPa和2.9 MPa.提高转子转速有利于多孔材料结晶性能的提高.     

PEO/CaCO_3/PLA复合材料开孔结构的制备

采用聚乳酸(PLA)、聚氧化乙烯(PEO)、碳酸钙(CaCO_3)熔融共混制备具有开孔结构的PLA多孔材料,借助于扫描电镜、孔隙率、热分析和压缩性能的测试方法,研究了连续混炼工艺对多孔材料结构和性能的影响。结果表明,过高或过低的转子转速和加料量都会导致多孔材料孔隙率的下降。当转子转速为600 r/min,加料量为2.61 kg/h时,孔隙率达到最大值76.8%,压缩模量和压缩强度分别为4.3 MPa和2.9 MPa。提高转子转速有利于多孔材料结晶性能的提高。     

氯化钠填充制备聚乳酸多孔复合材料

采用氯化钠(NaCl)、聚氧化乙烯(PEO)填充混合的方法制备聚乳酸(PLA)多孔复合材料,借助于扫描电镜、差示扫描量热分析、X射线衍射等测试方法,研究了配方与混炼工艺对多孔材料泡孔结构、孔隙率和热性能的影响。结果表明,提高NaCl含量使多孔材料的孔隙率增大;PEO的加入使多孔材料出现连通孔结构;当NaCl含量为80%,PEO含量为10%,混炼机转速为700r/min时的泡孔连通性最好,孔隙率高达88.3%;随着一定量PEO的加入,PLA多孔材料的泡孔连通性增强,结晶度降低;提高混炼机转速可增强泡孔连通性,提高结晶度。     

聚丙烯/纳米二氧化钛复合材料的超临界流体微孔发泡

以聚丙烯(PP)/nano-TiO2复合材料为研究对象,采用快速降压超临界微孔发泡技术,制备了泡孔密度、泡孔直径分别为2.8×107cell/cm3~3.15×109cell/cm3,46.36μm~6.08μm的PP/nano-TiO2微孔复合材料。研究了复合材料中nano-TiO2的质量分数、饱和压力及发泡温度对PP/nano-TiO2复合材料发泡行为的影响,通过扫描电镜(SEM)对微孔形貌进行表征。结果表明,加入nano-TiO2可以改善PP的发泡性能,并得到泡孔分布均匀的闭孔发泡材料;随复合材料中nano-TiO2质量分数由1%提高到5%,泡孔密度增加,泡孔直径减小。对于nano-TiO2质量分数为3%的PP/nano-TiO2复合材料,随着饱和压力的增加,泡孔直径和泡孔密度都增加;随着发泡温度的升高,泡孔密度减小,泡孔直径变大。     

聚硼硅氮烷杂化芳炔基树脂制备及抗热氧化性能

合成带乙炔基聚硼硅氮烷(PBSZ),并与含硅芳炔树脂(PSA)进行杂化制备聚硼硅氮烷杂化芳炔基(PBSZ/PSA)树脂,以改善芳炔基树脂的抗热氧化性能。采用FTIR、NMR和凝胶渗透色谱(GPC)对合成的PBSZ进行结构表征;采用旋转流变和DSC对PBSZ/PSA树脂的工艺性能进行研究;采用TGA、SEM和EDS对PBSZ/PSA树脂固化物的热稳定性和抗热氧化性能进行了研究。结果表明:PBSZ/PSA树脂具有良好的加工性能,树脂固化放热量较低,可在210℃下固化;树脂固化物在空气气氛1000℃下的残留率为38.0%,且其氧化后表面形成了60~80 μm厚致密的保护层,可起到良好的隔绝氧气作用;改性树脂固化物1200℃烧结物展现出优异的抗热氧化性能,烧结物1200℃氧化后表面形成约10 μm厚的致密陶瓷保护层,可有效地阻止氧气对材料的侵蚀。      

Ti-C含量对多孔TiC/FeAl复合材料孔型结构和力学性能的影响

以尿素为造孔剂,利用自蔓延高温合成技术制备了多孔TiC/FeAl复合材料,主要考察了Ti-C含量（质量分数为15wt%~35wt%）对多孔TiC/FeAl复合材料孔型结构和压缩性能的影响。当Ti-C含量不高于25wt%时,多孔TiC/FeAl复合材料由毫米孔和孔壁微孔组成规则的复合孔型结构。相互连通的毫米孔产生于尿素颗粒的挥发和液相迁移;微孔尺寸为10~50 μm,产生于Fe-Al-Ti-C粉末的自蔓延过程,孔径随Ti-C含量的增加而增大。通过调整尿素的体积分数,多孔TiC/FeAl复合材料的孔隙率可控制在56.64%~85.35%。当Ti-C含量不高于25wt%时,多孔TiC/FeAl复合材料的抗压强度随Ti-C含量的增加而增大。当Ti-C含量高于25wt%时,多孔TiC/FeAl复合材料壁面微孔形状很不规则,且抗压强度下降。孔隙率约为64.3%时,多孔Fe-Al金属间化合物和TiC/FeAl复合材料（Ti-C含量为25wt%）的抗压强度分别为20.03 MPa和66.68 MPa,对应的应变值分别为4.77%和8.21%。另外,多孔TiC/FeAl复合材料的压缩性能可用Gibson-Ashby模型来解释。     

壳聚糖/磷灰石-硅灰石复合多孔支架材料的制备与性能

以磷灰石-硅灰石(AW)生物活性多孔玻璃陶瓷支架材料为基体,采用物理包被法制备了壳聚糖(CS)/AW复合多孔支架材料,通过红外图谱分析、扫描电镜、光学显微镜、强度检测等分析测试方法,研究了复合材料的组成、微观结构、力学和矿化性能。结果发现：复合材料与AW多孔支架材料基体相比,仍具有三维贯通且分布均匀的孔隙结构,孔径尺寸约 100～500μm,孔隙率为80%左右,且力学性能明显增强,平均抗压强度可达3.11 MPa,比多孔AW支架材料基体的平均抗压强度提高了8.3倍。体外模拟体液浸泡实验表明,复合材料具有较高的矿化功能,预示材料具有较好的生物活性。这种复合材料可望作为人体非承重部位的植入骨修复体和组织工程支架使用。     

高强隔热刚玉-镁铝尖晶石-莫来石多孔陶瓷材料的制备

以氧化铝、石英粉和电熔镁砂为主要原料,以纸浆废液为结合剂,通过原位反应烧结制备复相高强隔热陶瓷,研究MgO添加量对所制备多孔陶瓷的显气孔率、抗折强度、耐压强度和抗热震性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子万能试验机对材料的物相组成、显微结构和力学性能进行表征,并对多孔陶瓷的显气孔率和抗热震性能进行测试。结果表明:5%(质量分数)电熔镁砂与氧化铝、石英粉在1450℃下原位反应烧结3h可制备得到刚玉-镁铝尖晶石-莫来石多孔复相陶瓷,耐压强度达270.25MPa,抗折强度超过45MPa,同时显气孔率达26.46%,常温导热系数为1.469W·m^-1·K^-1,隔热性能良好,且3次热震后的残余抗折强度保持率超过27%,是极具应用前景的工业窑炉内衬材料。其中MgO含量变化会直接影响该多孔陶瓷三相组成、相形态、气孔孔径及分布,使得多孔陶瓷抗折强度、耐压强度和抗热震性能呈现非单调变化的规律。     

壳聚糖/纤维素生物质发泡复合材料多孔结构的表征

以壳聚糖微粒为增强体,离子液体为纤维素溶剂,采用冷冻干燥法成功制备了壳聚糖/纤维素生物质发泡复合材料。利用SEM、XRD和TGA表征多孔复合材料微观结构、结晶性能以及热稳定性,测试了其孔隙率和吸水性能。实验结果表明:壳聚糖/纤维素多孔复合材料具有三维相互贯通的微孔结构,壳聚糖粉体有助于孔洞结构的形成,TGA结果显示纤维素多孔材料的热稳定性能得以提高。XRD结果显示纤维素经离子液体溶解再生后晶型结构由纤维素I转化为纤维素II。纤维素含量较低(≤4wt%)时,随1wt%壳聚糖粉体的加入,孔隙率明显提高。壳聚糖/纤维素多孔复合材料的力学性能随纤维素含量的增加而不断提高,而吸水性能有所下降。壳聚糖与纤维素质量比为1∶3时,壳聚糖/纤维素多孔复合材料孔隙率为72.7%,吸水率和相对保湿率分别为28.0g/g和17.6g/g,断裂强度和断裂伸长率分别为0.32 MPa和25.4%,能够作为一种优良的吸附材料用于制备高性能的医用敷料。     

Fabrication of 1-dimensional porous hydroxyapatite and evaluation of its osteoconductivity

Porous HA ceramics with 1-dimensional pore channels were fabricated to obtain controllable microstructure. 1-dimensional porous HA was objected to find out the optimum condition of bone ingrowth and also to facilitate the observation of osteocondutive behavior in porous HA. The porous structure was formed by burnt-out of polymeric fibers and the size of pores was determined by the diameter of polymeric fibers. The porosity could be varied by the thickness of HA slurry coated on polymeric fiber and by the thickness of HA tapes inserted between fiber layers. As result, 1-dimensional porous HA ceramics of this study have the uniform interconnection size (50-500 microm) and the linearly open pore structure. The compressive strength of 1-dimensional porous HA was 6-10 MPa similar to that of human cancellous bone. On the in vivo test, oteon-like osteoconduction in pore channel of 1-dimensional porous HA was observed, like what had been found in cortical bones. This osteon-like new bone grew from the surface to the center of pore channels. The 1-dimensional porous HA ceramics prepared in this study were very useful as a model system to observe bone ingrowth in the porous HA implants.     

Porous bioceramics reinforced by coating gelatin

Porous bioceramics with high porosity for bone tissue engineering were fabricated by the foam impregnation technique, but their mechanical strength was poor, only a mean compressive strength of 1.04 ± 0.15 MPa and an mean elastic modulus of 0.1 GPa. In order to reinforce porous ceramics, the ceramic samples were immerged in 5% gelatin solution and gelatin coatings were formed on the inter-surface of their pores. It was found that the mean compressive strength value and the mean elastic modulus value of porous samples coated with gelatin were improved to 5.17 ± 0.17 MPa and 0.3 GPa respectively without sacrificing their porosity greatly. Moreover composite samples were not as fragile as sintered ceramics. The results indicated that the gelatin coatings on the inter-surface of pores reinforced porous bioceramics effectively.     

复合明胶涂层对钙磷陶瓷多孔支架的增强作用

采用有机泡沫浸渍工艺制备了高孔隙率的钙磷多孔陶瓷支架, 将多孔陶瓷样品浸于明胶溶液中渗涂得到陶瓷/明胶复合支架; 采用复合明胶涂层的方法对钙磷多孔陶瓷支架进行增强处理, 在不破坏多孔支架孔隙特征的情况下, 成功地在样品的孔壁上复合了明胶涂层。复合明胶涂层提高了样品的压缩强度和压缩模量, 与未涂覆样品相比, 涂敷样品受压时的应变特性发生了明显变化。尤其是渗涂5%明胶溶液的多孔样品, 在保持高孔隙率(82.8%)的条件下其压缩强度和压缩模量分别由原来的1.04MPa 和 0.105GPa增加到5.17MPa和0.325GPa。研究结果表明, 孔壁上复合明胶涂层可以有效地增强多孔陶瓷支架。      

高温抗氧化多孔金属材料的激光烧结制备

利用激光烧结技术制备316不锈钢/MCrAlY复合多孔金属材料。利用扫描电镜及轮廓仪表征了激光烧结试样的形貌, 研究了在激光作用下聚苯乙烯空心球造孔剂的造孔机制。同时对烧结试样的力学性能及高温抗氧化性能进行了测试。结果表明: 成形孔洞平均分布在20 μm左右, 孔隙率为61%, 孔洞与孔洞之间有序的排布, 孔壁之间连接较好, 贯通性良好, 聚苯乙烯空心球造孔剂起到了重要的作用。烧结试样压缩强度达到4.78 MPa; 在900℃下氧化50 h增重仅为3.49 mg/cm²。