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陳晉南教授：單聚合物復(fù)合材料應(yīng)用前景廣闊
????????陳晉南，北京理工大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師、化學(xué)工藝學(xué)科帶頭人。1986年，38歲的她曾義無反顧地辭掉公職，自費(fèi)留學(xué)美國攻讀學(xué)位，只因心中一直有著一個信念：一定要成為一名承上啟下的好老師。1988年，她獲得美國紐約市立大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位，6年后又同時獲得物理碩士學(xué)位和工學(xué)博士學(xué)位。她曾先后在紐約市立大學(xué)美國物理-化學(xué)流體動力學(xué)研究所和美國約翰?赫普金斯大學(xué)化工系從事博士后研究工作。1995年年底被引進(jìn)回國，任教于北京理工大學(xué)。
????????《留學(xué)生》期刊曾這樣介紹她：陳晉南教授是中國高等教育界的一位“俠女”：她武藝高強(qiáng)——卓越的學(xué)習(xí)能力、科研能力、管理能力;儒雅仁厚——對學(xué)生用心，對教學(xué)精心，對管理盡心;為國為民——離開美國，回國教學(xué);忠義兩全——對得住國家，對得住領(lǐng)導(dǎo)，對得住學(xué)生。
????????在日前召開的中國合成樹脂供銷協(xié)會2016年一屆五次理事會上，中塑在線記者有幸結(jié)識陳教授，并在會后邀她做了個人專訪。
????????陳晉南教授(左)與北京市委書記郭金龍(右)合影
????????【中塑在線】在眾多研究成果中，給您帶來最大成就感的學(xué)術(shù)研究是什么?為行業(yè)的發(fā)展起到了哪些推動作用?
????????陳晉南：在眾多研究成果中，第一個給我?guī)碜畲蟪删透械氖俏以趪鴥?nèi)率先引進(jìn)高分子材料軟件Polyflow，在北理工建立了化工過程數(shù)值模擬實驗室。十幾年來，我們課題組先后承擔(dān)了國家自然基金和企業(yè)橫向科研項目，與企業(yè)合作為企業(yè)服務(wù)，使用Polyflow軟件數(shù)值模擬仿真各種特殊高分子材料加工過程和化工傳遞過程。特別在高分子材料加工的數(shù)值計算方面開展了大量的工作。在設(shè)備結(jié)構(gòu)一定的條件下，研究物性參數(shù)和工藝條件對高分子材料加工成型的影響;在物性參數(shù)一定的條件下，研究設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝條件對高分子材料加工成型的影響，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝條件，解決了特殊行業(yè)的特殊工程實際問題。在塑料行業(yè)會議上介紹我們的研究成果，推廣數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用。
????????第二，我們課題組在國內(nèi)最早研究制備單聚合物復(fù)合材料(SPC)的工藝，先后研發(fā)了過冷膜層熱壓法、冷模壓燒結(jié)法、嵌件式注射成型法和擠出輥壓成型法，制備了聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和PTFE(聚四氟乙烯)SPC，掌握了相關(guān)材料特性及工藝條件的影響規(guī)律。
????????【中塑在線】上面您談到用單體增強(qiáng)的方式制備復(fù)合材料，單聚合物復(fù)合材料與常規(guī)復(fù)合材料相比的優(yōu)勢是什么?請介紹一下國內(nèi)外單聚合物復(fù)合材料研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀。
????????陳晉南: 1975年，Capiati和Porte研發(fā)了HDPE作為基體和增強(qiáng)體的材料，首次提出了單聚合物復(fù)合材料(Single Polymer Composite，SPC)的概念。SPC是增強(qiáng)體和基體為同種聚合物的復(fù)合材料。與傳統(tǒng)的玻纖、碳纖、自然纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料相比，由于作為增強(qiáng)相的聚合物纖維的密度比玻璃纖維、碳纖維、自然纖維的密度均低，因此SPC具有更輕的質(zhì)量;纖維和基體為同種聚合物材料，其相容性必然好，因此可以獲得較優(yōu)的界面粘結(jié)性能，進(jìn)而具有較好的機(jī)械強(qiáng)度。另外，不同種類的纖維和基體導(dǎo)致回收再利用的難度較大，效率較低，能耗大，造成了環(huán)境污染。
????????SPC具有回收效率高、回收成本低的特點(diǎn)，在資源循環(huán)再生和節(jié)能減排方面具有極大優(yōu)勢。SPC已成為歐盟、美國等發(fā)達(dá)國家提出的End-of-life vehicles計劃的再利用、再恢復(fù)和再循環(huán)材料之一。已研發(fā)的SPC包括聚乙烯(PE)、PP、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、PA、PLA、PMMA、聚四氟乙烯(PTFE)等。
????????2010年以來，我們課題組與美國佐治亞理工大學(xué)材料學(xué)院姚冬剛教授合作，在國內(nèi)，課題組首次用熱壓法制備了PP SPC和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)SPC，提高了纖維增強(qiáng)體和基體界面粘結(jié)性，兩種SPC的拉伸強(qiáng)度比沒有增強(qiáng)的分別提高了4和5倍，在美國共同申請專利。同年，我們課題組首次研究了冷模壓燒結(jié)法制備聚四氟乙烯(PTFE)SPC的加工工藝，PTFE SPC的材料拉伸性能明顯高于未添加PTFE纖維的PTFE材料，已申請獲得發(fā)明專利。
????????單聚合物復(fù)合材料的制備主要有纖維熱壓法、膜層熱壓法、共擠熱壓法和過冷膜層熱壓法等，制備過程要求嚴(yán)格控制加工溫度，制品尺寸小形狀簡單，成型周期長，難以實現(xiàn)連續(xù)化批量生產(chǎn)，極大限制了SPC的應(yīng)用推廣。2012年起，針對SPC的制備不能連續(xù)和批量生產(chǎn)等缺點(diǎn)，研制了SPC注塑實驗?zāi)＞?，初步實現(xiàn)了PP SPC樣品的注射成型，測試了PP SPC制品的彎曲性能比未增強(qiáng)的提高了54.2%。
????????2014年在國家自然科學(xué)基金青年基金的資助下，研究確定了較寬加工溫度窗口和短周期制備SPC的嵌件式注射成型方法和成型機(jī)理，制備得到的PP SPC的拉伸強(qiáng)度是未增強(qiáng)PP的3.9倍?，F(xiàn)已擴(kuò)展至PE SPC的制備，得到的PE SPC的拉伸強(qiáng)度是未增強(qiáng)PE的7.6倍。另外，在SPC擠出成型工藝方面也做了相應(yīng)的研究工作，利用擠出輥壓成型方法，制備的PE SPC的拉伸強(qiáng)度是未增強(qiáng)PE的5倍。
????????我們課題組在國內(nèi)最早研究制備單聚合物復(fù)合材料(SPC)的工藝，先后研發(fā)了過冷膜層熱壓法、冷模壓燒結(jié)法、嵌件式注射成型法和擠出輥壓成型法，制備了聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和PTFE(聚四氟乙烯)SPC，掌握了相關(guān)材料特性及工藝條件的影響規(guī)律。相關(guān)研究成果發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，已申請獲得授權(quán)的國家發(fā)明和實用新型專利共9項。
????????SPC有廣闊的應(yīng)用前景，國外已用于運(yùn)動器械、拉桿箱、汽車底板和內(nèi)裝飾件、直升機(jī)整流罩外殼、多維三合板、集裝箱、帆船等等。我課題組愿意與企業(yè)合作，共同深入研究SPC連續(xù)成型工藝和研發(fā)相應(yīng)的設(shè)備，實現(xiàn)我國SPC材料及其制品的工業(yè)化生產(chǎn)。
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????????進(jìn)一步了解陳晉南教授辭掉公職赴美留學(xué)的經(jīng)歷以及對中國傳統(tǒng)高等教育的深刻反思，請點(diǎn)擊：http://info.21cp.com/industry/News/201603/1117354.htm
