北京田明府 北京化工大学博士生导师:田明
2006年5月-2006年10月,美国南达科他矿业技术学院,访问学者
主要研究领域
1、橡胶纳米增强技术与理论
橡胶的增强研究是橡胶科学与技术的研究重点。只要是纳米粉体,应用在橡胶基体中均能取得良好的增强效果,纳米粒径是橡胶增强的第一要素。纳米粉体能够高效增强橡胶材料的重要前提是其纳米分散性。
(1)新型纳米纤维增强橡胶。短纤维橡胶复合材料是一种特种的和很有发展前途的橡胶复合材料。它不但在要求高模量的橡胶制品中成为唯一胜任的增强剂(如汽车用高速传动V带等) ,而且以优异的抗撕裂性能应用在大型工程轮胎胎面、坦克用橡胶履带板等中。纳米纤维增强橡胶既展示出了短纤维增强橡胶的力学特性(如高模量、明显的各向异性),又克服微米短纤维/橡胶复合材料难加工和外观不易精致的缺点,通过加工场控制技术实现微小短纤维的取向,制备外观和性能良好的各向异性的橡胶制品。纳米纤维的分散、取向和纤维-橡胶的界面粘合对复合材料的性能有至关重要的影响,研究复合材料的微观结构、断裂疲劳机理和应力传递模式,建立拉伸强度与模量的预测模型。
(2)非炭黑纳米填料增强橡胶研究:随着许多新型纳米填料的出现,如纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氢氧化镁、纳米碳酸钙等,解决这些纳米填料在橡胶中的分散性,强化填料-橡胶的界面,期望替代传统石油依赖性炭黑填料,对节约石油资源具有重要意义。同时,这些填料具有特殊的功能特性,从而赋予橡胶材料功能化。研究填料的表面处理技术、分散技术、界面设计技术,研究复合材料的结构与性能,建立材料制备工艺、结构与性能的内在响应关系,探讨纳米填料的分散与网络形成以及增强机理。
(3)纳米弹性体粒子增强橡胶:针对传统橡胶共混技术很难灵活地控制共混物的相态结构,不能很好地解决共混物的相反转、相畴尺寸大、填充剂的迁移和两相及相界面的共硫化等问题,提出采用国内已工业化生产的超细交联粉末橡胶(UFPR,粒径为50~200nm)与橡胶基体共混制备弹性体共混物的新思路,研究共混物的制备、结构与性能,揭示共混物在相态和性能上的新特征。这种新的共混技术将明显减少相态控制的影响因素,可望灵活调控共混物的结构与性能,制备一系列新型的弹性体共混物。
2、功能性弹性体复合材料的制备与理论
功能性弹性体复合材料有别于传统的结构性弹性体复合材料,由于性能独特,附加值高,其研究和开发日益活跃。
(1)高导电橡胶复合材料。高导电橡胶复合材料(体积电阻率小于0.1Ω.cm)主要用于民用和军用电子设备屏蔽电磁波干扰。兼具高弹性、低体积电阻率和良好挤出特性是制备这类功能材料的难点。研究导电填料的预处理技术、复合材料的制备工艺及结构与性能,探讨材料的导电性与外界条件(频率、应变、外力、温度)的变化规律,弄清导电网络结构的形成与稳定化机理,建立材料的导电性与电磁屏蔽的内在联系。
(2)无卤阻燃弹性体材料。在电线电缆、煤矿、钢铁等行业使用的高分子材料大多要求阻燃。环境保护和安全保护的新要求促使阻燃高分子材料向无卤阻燃化方向发展。橡胶材料的无卤阻燃很难解决高阻燃性、良好加工性能和力学性能的平衡和兼顾。特别是微米无卤阻燃剂的加入显著恶化材料的力学强度。采用新型的兼具增强和阻燃特性的无卤阻燃剂,制备无卤阻燃橡胶材料。研究阻燃剂的表面修饰技术、复配技术与材料的制备工艺、结构与性能,探讨材料的阻燃机理、燃烧和成炭机理等。
(3)抗磨减摩弹性体材料。随着各类车辆向高速化、安全化、发动机室微型化方向发展,对发动机、变速箱等传动操纵系统中防止润滑油泄漏的橡胶密封件的性能要求也日益苛刻。为提高油封的使用寿命,除了要考虑密封材料必需的力学性能、弹性和耐油性外,还必须最大限度地提高材料的减摩抗磨性能。
在橡胶中添加固体或液体减摩剂是常用手段之一,如石墨、二硫化钼(MoS2)、氟化金云母粉等。目前能用的减摩剂均为微米级,加入后会明显降低材料的力学性能,而材料的力学性能是影响其摩擦学性能的主要因素,力学性能的下降将显著降低材料使用过程中的耐磨性能。
将纳米固体减摩剂与橡胶复合可以制备综合性能优良的抗磨减摩弹性体材料。研究材料的纳米复合技术、微观结构与性能,建立减摩剂用量、分散状态等与材料的力学性能、减摩和抗磨性能间的关系。
考察材料使用过程中的工作条件如载荷、速度、振幅、频率等对复合材料磨损过程中表面形貌特征的变化,并与材料的力学性能、摩擦磨损性能等相关联,探讨纳米减摩剂的减摩抗磨机理。
主要研究成果
作为课题负责人承担了863高技术研究计划项目1项,北京市科技新星计划项目1项,国家自然科学基金1项,重点军工课题1项,北京市教委课题1项。其中,完成3项鉴定成果(第2完成人),1项成果获北京市科技进步二等奖(第2获奖人),1项成果获中国石油和化学工业协会技术发明一等奖(第2获奖人)。发表文章40余篇(第1作者或第2作者),其中SCI收录14篇,EI收录9篇,获得中国发明专利3项,译书1部,参编教育部十五精品教材《高分子材料》(10万字)。2002年入选北京市科技新星。2002年荣获北京化工大学"大宝"优秀青年教师;2003年荣获ISAM会议佑利优秀论文三等奖;2002、2003年度国家级火炬计划项目认定专家,核心期刊《合成橡胶工业》通讯员。
