聚合物及其复合材料轻量化与高性能化关键技术

成果编号：38520

价格：面议

完成单位：江苏科技大学

单位类别：其他高校

完成时间：2022年

成熟程度：小批量生产阶段

服务产业领域：装备制造、能源环保、新材料

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发布人：zhouygj 在线

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针对行业技术与市场需求，结合江苏科技大学学科特色，团队在国家自然科学基金委员会、江苏省科技厅以及众多企业研发项目的资助下，历经十余年攻关，针对聚合物及其复合材料轻量化与高性能化的不断需求，在对复杂加工过程中聚合物及其复合物宏、介、微观多尺度结构演化基本规律认识的基础上，通过对成型工艺改进、微观结构检测和制品性能优化开展一体化研究，成功探索出聚合物及其复合材料的轻量化、高性能化的系列改性及改进方案：在聚合物“成型”、“成性”、“服役性”一体化理论的基础上找到了微纳孔调控、双相或多相共混、纳米改性、自增强加工、纤维增强以及非兼容共混材料等适用于成型加工的轻质高性能材料的系列改性方法；开发了通过微纳孔发泡来获得各类聚合物或其复合物的轻量化材料及制品的系列加工生产方案及工艺流程，这些方案几乎涉及了所有的微孔成型加工过程，为轻质、高强、隔热、耐冲击、隔音（或吸音）、防震等各类需求提供保障；在制品性能精确预测及调控的基础上，探索出一套能够适应各类聚合物及其复合材料成型加工的科学化工艺优化设计方法。在涉及各种热塑性材料常规加工（挤出、注射、压延、中空等），聚合物新型增材制造（熔融沉积、光刻成型、选择性激光烧结、喷射等）以及热塑及热固纤维复合材料加工（包括模压、热压、拉挤、缠绕、真空成型等）等诸多过程时，工艺更显合理，获得满足使用要求、性能达标制品时的开发周期大幅缩短，设备及模具的成功率均明显提升。项目部分成果已完成技术转让与产业化，取得了显著的社会经济效益。该成果授权发明专利16件，发表高水平论文39篇。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：新技术、新工艺、新产品、新材料、新装备

合作方式：技术转让、技术开发、技术咨询、技术服务、技术入股

参与活动：第二届江苏产学研合作对接大会 2023年高校院所服务苏北五市产学研合作对接活动

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 6 项
已授权专利,其中:发明专利 16 项

成果简介

综合介绍

创新要点

1、在聚合物“成型”、“成性”、“服役性”一体化理论的基础上找到了微纳孔调控、双相或多相共混、纳米改性、自增强加工、纤维增强以及非兼容共混材料等适用于成型加工的轻质高性能材料的系列改性方法，同时，保持能够规模生产、绿色无污染、成本低等生产优势。 2. 开发了通过微纳孔发泡来获得各类聚合物或其复合物的轻量化材料及制品的系列加工生产方案及工艺流程，这些方案几乎涉及了所有的微孔成型加工过程，为轻质、高强、隔热、耐冲击、隔音（或吸音）、防震等各类需求提供保障。 3. 在制品性能精确预测及调控的基础上，探索出一套能够适应各类聚合物及其复合材料成型加工的科学化工艺优化设计方法。在涉及各种热塑性塑料常规加工（挤出、注射、压延、中空等），聚合物新型增材制造（熔融沉积、光刻成型、选择性激光烧结、喷射等）以及热塑及热固纤维复合材料加工（包括模压、热压、拉挤、缠绕、真空成型等）等诸多过程时，工艺更显合理，获得满足使用要求、性能达标制品时的开发周期大幅缩短，设备及模具的成功率均明显提升。

技术指标

在适合批量化大规模加工绿色制造的前提要求下，所获得的轻量化、高性能化材料及制品的系列技术特征包括： 1）各类微孔制品的材料节约率达到10%~300%，材料的耐冲击普遍有所提升； 2）新型亲水型泡孔的吸水率达到8~10倍，能够快速吸水，且整个原料为医用级，制造过程绿色环保； 3）轻量超延展共混材料的断裂伸长率达到普通材料的7倍； 4）纳米复合物提高拉伸强度20%，断裂伸长率同步提高6倍； 5）自增强共混材料提升拉伸强度30%，模量提升40%； 6）超低温应用环境中，通过改性后的聚合物可在其玻璃化温度以下三十度常期使用，比如聚丙烯； 7）通过优化增材制造工艺及材料，获得产品性能能够达到甚至超越传统制品； 8）对不同材料的高强、超韧、阻燃、高阻隔、耐压、保温、质轻、抗老化、耐腐蚀、静音、低阻力、高低温稳定、连接方便且性能优异、易维护等等诸多特殊性能要求时实现不同程度的同步响应，最终均达到相应的要求。注意：上述特征并不是某一类材料或制品同时具备的，具体实施条件有所区别。

其他说明

本项目近十年内代表性专利成果: (1)在普通注射机中生产超延展PP/LDPE微孔制品的方法，中国发明专利，ZL2015105574384。(2) 一种PP/LDPE超延展制品的水发泡注射成型方法，中国发明专利，ZL2015106990067。(3) 用高吸水树脂作为载体的水发泡注射方法，中国发明专利, ZL2015108274273。(4) 种以水作发泡剂生产长玻纤增强聚丙烯发泡注射制品的方法，中国发明专利，ZL2016100601426. (6) 一种PP/PC微发泡材料的制品成型方法. 中国发明专利, ZL 2018101326622。(7) 一种聚丙烯或聚丙烯复合物发泡制品及其制备方法[P]. 中国发明专利, ZL 201811040415.6. (8) 一种聚碳酸酯微发泡制品及其常规注射加工方法[P]. 中国发明专利, ZL 201811387462.8, 2018-11-20. (9) 一种提高聚合物微发泡注射制品表面质量的方法[P]. 中国发明专利, ZL 201811387463.2, 2018-11-20. (10) 一种高强度中空复合材料建筑模板及其加工方法和回收方法[P]. 中国发明专利, ZL 201811491301.3, 2018-12-06. (11) 一种阻燃性良好的中空复合材料建筑模板及其加工方法和回收方法[P]. 中国发明专利, ZL 201811491275.4, 2018-12-06. (12) 利用瞬间粘合剂提高聚合物三维打印制品粘接质量的方法[P]. 中国发明专利, ZL 2015106817881. (13) 一种单向大尺寸制件的3D打印方法及其打印装置[P]. 中国发明专利, ZL 201611074949.1. (14) 用于三维打印的PC/ABS复合物丝材及其制备方法和打印方法[P]. 中国发明专利, 201811362216.7, 2018-11-15. (15) 用于三维打印的PC/ABS混合料及其制备方法和打印方法[P]. 中国发明专利, ZL 201811362212.9.(16) 一种连续纤维增强热塑性复合物微发泡制品的成型方法及装置[P]. 中国发明专利, ZL202110238988.5.(17) 一种基于3D打印与注射成型的制造方法[P]. 中国发明专利, ZL202110621946.X.

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