新疆理化所纖維增強高分子復合材料研究取得新進展

　　相比傳統材料，新型纖維增強高分子復合材料因其質輕、高強、綜合性能優異，在航空航天、軍事、國防、汽車、船舶制造、醫療器械、運動器材等領域有著廣泛的應用。聚丙烯（PP）作為五大通用型熱塑性樹脂之一，產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度低、易老化。隨著新的應用領域和場合對材料綜合力學性能要求的不斷提高，開發新型高性能聚丙烯復合材料的新工藝成為該領域的重要研究內容。

　　受生物骨組織替換材料纖維增強和相變增韌的啟發，中國科學院新疆理化技術研究所資源化學研究室張亞剛研究團隊創造性地將纖維增強和成核劑調控聚丙烯結晶行為相結合，研發了合成新型聚丙烯復合材料的新方法。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，首先用成核劑誘導聚丙烯成核，然后再用玻璃纖維與之復合進行進一步增強的方法，解決了傳統方法中直接將聚丙烯與成核劑及纖維進行混合，由于玻璃纖維作為一種外來雜質的引入，使得成核劑不能有效發揮其調控聚丙烯結晶行為的作用的問題。

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

　　此外，科研人員還首次考察了將玻纖增強和β成核劑調控結晶行為相結合制備聚丙烯復合材料中，玻纖和β成核劑對改性PP的結晶行為和力學性能的影響，揭示了增強纖維與基體樹脂界面粘附性能的機理，發現了玻璃纖維增強可彌補β成核劑改性對PP剛性帶來的損失，大大改善其綜合力學性能。相關研究成果于近期發表在國際刊物《英國皇家化學會進展》（RSC Advances）上。

　　研究成果“一種聚丙烯復合材料的制備方法“已申請國家發明ZL，該方法將α和β兩個系列成核劑調控結晶行為分別與玻璃纖維增相結合制備高性能聚丙烯復合材料，設計制備出了剛性和韌性平衡的聚丙烯復合材料，為設計新型聚丙烯復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基金、“千人計劃”、新疆青年科技創新人才-杰出青年科學基金等的支持。

α系列成核劑改性與玻璃纖維增強相結合制備新型聚丙烯復合材料示意圖

β系列成核劑調控結晶行為與玻璃纖維增強相結合增強纖維與基體樹脂界面粘附性能的機理示意圖