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陳晉南教授：單聚合物復合材料應用前景廣闊
????????陳晉南，北京理工大學化工與環境學院教授、博士生導師、化學工藝學科帶頭人。1986年，38歲的她曾義無反顧地辭掉公職，自費留學美國攻讀學位，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工學碩士學位，6年后又同時獲得物理碩士學位和工學博士學位。她曾先后在紐約市立大學美國物理-化學流體動力學研究所和美國約翰?赫普金斯大學化工系從事博士后研究工作。1995年年底被引進回國，任教于北京理工大學。
????????《留學生》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——卓越的學習能力、科研能力、管理能力;儒雅仁厚——對學生用心，對教學精心，對管理盡心;為國為民——離開美國，回國教學;忠義兩全——對得住國家，對得住領導，對得住學生。
????????在日前召開的中國合成樹脂供銷協會2016年一屆五次理事會上，中塑在線記者有幸結識陳教授，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術研究是什么?為行業的發展起到了哪些推動作用?
????????陳晉南：在眾多研究成果中，第一個給我帶來最大成就感的是我在國內率先引進高分子材料軟件Polyflow，在北理工建立了化工過程數值模擬實驗室。十幾年來，我們課題組先后承擔了國家自然基金和企業橫向科研項目，與企業合作為企業服務，使用Polyflow軟件數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值計算方面開展了大量的工作。在設備結構一定的條件下，研究物性參數和工藝條件對高分子材料加工成型的影響;在物性參數一定的條件下，研究設備結構和工藝條件對高分子材料加工成型的影響，優化設備結構和工藝條件，解決了特殊行業的特殊工程實際問題。在塑料行業會議上介紹我們的研究成果，推廣數值模擬技術的應用。
????????第二，我們課題組在國內最早研究制備單聚合物復合材料(SPC)的工藝，先后研發了過冷膜層熱壓法、冷模壓燒結法、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，掌握了相關材料特性及工藝條件的影響規律。
????????【中塑在線】上面您談到用單體增強的方式制備復合材料，單聚合物復合材料與常規復合材料相比的優勢是什么?請介紹一下國內外單聚合物復合材料研究和應用的現狀。
????????陳晉南: 1975年，Capiati和Porte研發了HDPE作為基體和增強體的材料，首次提出了單聚合物復合材料(Single Polymer Composite，SPC)的概念。SPC是增強體和基體為同種聚合物的復合材料。與傳統的玻纖、碳纖、自然纖維增強聚合物復合材料相比，由于作為增強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，因此可以獲得較優的界面粘結性能，進而具有較好的機械強度。另外，不同種類的纖維和基體導致回收再利用的難度較大，效率較低，能耗大，造成了環境污染。
????????SPC具有回收效率高、回收成本低的特點，在資源循環再生和節能減排方面具有極大優勢。SPC已成為歐盟、美國等發達國家提出的End-of-life vehicles計劃的再利用、再恢復和再循環材料之一。已研發的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材料學院姚冬剛教授合作，在國內，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，提高了纖維增強體和基體界面粘結性，兩種SPC的拉伸強度比沒有增強的分別提高了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，已申請獲得發明專利。
????????單聚合物復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，難以實現連續化批量生產，極大限制了SPC的應用推廣。2012年起，針對SPC的制備不能連續和批量生產等缺點，研制了SPC注塑實驗模具，初步實現了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的提高了54.2%。
????????2014年在國家自然科學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理，制備得到的PP SPC的拉伸強度是未增強PP的3.9倍。現已擴展至PE SPC的制備，得到的PE SPC的拉伸強度是未增強PE的7.6倍。另外，在SPC擠出成型工藝方面也做了相應的研究工作，利用擠出輥壓成型方法，制備的PE SPC的拉伸強度是未增強PE的5倍。
????????我們課題組在國內最早研究制備單聚合物復合材料(SPC)的工藝，先后研發了過冷膜層熱壓法、冷模壓燒結法、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，掌握了相關材料特性及工藝條件的影響規律。相關研究成果發表學術論文30余篇，已申請獲得授權的國家發明和實用新型專利共9項。
????????SPC有廣闊的應用前景，國外已用于運動器械、拉桿箱、汽車底板和內裝飾件、直升機整流罩外殼、多維三合板、集裝箱、帆船等等。我課題組愿意與企業合作，共同深入研究SPC連續成型工藝和研發相應的設備，實現我國SPC材料及其制品的工業化生產。
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????????進一步了解陳晉南教授辭掉公職赴美留學的經歷以及對中國傳統高等教育的深刻反思，請點擊：http://info.21cp.com/industry/News/201603/1117354.htm
