聚合物无机物纳米复合材料

聚合物/无机物纳米复合材料

张凌燕 牛艳萍

（武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉，430070）

E-mail：zhly@https://www.docsj.com/doc/4a8909780.html,或niuyanping2004@https://www.docsj.com/doc/4a8909780.html,

摘 要：本文从聚合物/无机物纳米复合材料的类型、各种制备方法及原理、优异性能及应用等方面，总结了聚合物/无机物纳米复合材料的研究进展。

关键词：聚合物/无机物纳米复合材料；增韧；表面改性

1 前 言

纳米材料是指材料二相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级尺寸（100nm以下）的材料。纳米复合材料是指2种或2种以上的吉布斯固相至少在一个方向以纳米级大小（1～100nm）复合而成的复合材料[1]。聚合物/无机物纳米复合材料（简称OINC）是以聚合物为基体（连续相）、无机物以纳米尺度（小于100nm）分散于基体中的新型高分子复合材料[2]。按照无机物纳米粒子形态结构，OINC可分为聚合物/无机粒子纳米复合材料、聚合物/无机纤维纳米复合材料、聚合物/片层状无机物纳米复合材料。用于制备OINC的无机物包括：粘土类如滑石粉、蒙脱土、云母、水辉石等，陶瓷如SiO2、TiO2、Al2O3、AlN、ZrO2、SiC、Si3N4等，聚硅氧烷，CaCO3，分子筛，金属氧化物如V2O5、MoO3、WO3等，层状过渡金属二硫化物或硫代亚磷酸盐如MoS2、TiS2、TaS2、MPS3（M=Mn、Cd等），层状金属盐类化合物、双氢氧化物，以及碳黑、碳纤维等[3]。与传统的复合材料相比，由于纳米粒子带来的纳米效应和纳米粒子与基体间强的界面相互作用，聚合物纳米复合材料具有优于相同组分常规聚合物复合材料的力学、热学性能，为制备高性能、多功能的新一代复合材料提供了可能。

2 无机纳米粒子的增韧机理及表面修饰

2.1 增韧机理

（1）在变形中，刚性无机粒子不会产生大的伸长变形，在大的拉应力作用下，基体和无机粒子的界面部分脱粘形成空穴，使裂纹钝化，不致发展成破坏性裂缝；无机粒子的存在产生应力集中效应，引发粒子周围的树脂基体屈服（空化、银纹、剪切带）。这种界面脱粘和屈服都需要消耗更多的能量，从而起到增韧作用。

（2）由于纳米粒子的比表面积大，表面的物理和化学缺陷越多，粒子与高分子链发生物理或化学结合的机会越多，因而与基体接触面积增大，材料受冲击时，会产生更多的微开裂，吸收更多的冲击能[4]。

2.2 表面修饰

刚性无机粒子的粒径越小，与基体接触面积越大，若能均匀分布，增韧增强的效果就越

1

好。但粒径越小，颗粒间越容易聚焦，很难分散均匀，加入后反而使材料性能变差，所以为

了减少无机纳米粒子的团聚，使其在聚合物基体中均匀分散，就需要对无机粒子进行表面改

性处理（又称表面修饰）。表面修饰的方法很多，根据表面处理剂与无机纳米粒子之间是否

存在化学反应，可分为表面物理包覆修饰和表面化学修饰两种方法[5]。

（1）表面物理包覆修饰

包覆一般是指组分间除范德华力、氢键或配位键相互作用外，没有离子键或共价键的结

合。用适当的方法（如超声法）使无机纳米微粒在高分子溶液或熔体中分散，其表面吸附的

高分子不仅减少了范德华力，而且产生一种新的空间位阻斥力，因此粒子之间再发生团聚将

十分困难。表面物理包覆可分为两种：一种是把单体吸附在无机纳米粒子表面，然后引发单

体聚合，实现微粒表面的高分子包覆。另一种是将中极性和高极性的聚合物吸附在无机纳米

粒子表面，达到改性的目的，如W·J·Iley研究了用高聚物包覆无机颗粒时颗粒粒度和孔隙

度对表面包覆效果的影响，结果表明，越细（比表面积越大）的颗粒表面包覆的高聚物越多、

包覆层越薄（见表1）[6]。

表1 不同粒径颗粒的包覆厚度和包覆率

粒度分布（μm）平均粒径（μm）包覆率（%）估计的包覆层厚度（μm）180～250 215 47.8 43.4 250～355 320 42 53.8 355～500 490 31.4 57.1 500～710 605 24.3 62.5

（2）表面化学修饰

常用的方法有三种：①表面活性剂法，是利用表面活性的有机官能团等与粒子表面进行

化学吸附或化学反应，从而使表面活性剂（通常有：硅烷、钛酸酯类偶联剂、硬脂酸、有机

硅等）覆盖于粒子表面；②有机单体聚合法，是通过高能辐射、微波诱导等离子体处理等方

法，使无机微粒表面含有的少量结合羟基产生具有引发活性的活性基，从而引发单体在其表

面聚合；③粒子表面接枝聚合改性，是通过在无机微粒表面偶联反应接上可直接聚合的有机

基团（或者经处理可产生自由基的有机基团），就可以在无机物表面很容易地接枝上各种乙

烯基聚合物[7]。

3 聚合物/无机物纳米复合材料的制备及原理

3.1 共混法

共混法即纳米粒子直接分散法，该方法是首先合成各种形态的纳米粒子，再通过各种方

2

式将其与有机聚合物混合[8]。共混法可分为以下五种类型。

（1）直接共混法。是将改性处理过的无机纳米粒子，与聚合物直接在高速锅内共混捏合，再挤出造粒。即在一定条件（温度、压力、剪切力等）下使两相物料进行充分混合反应，互相作用，实现均匀分散、界面粘结、形成聚合物/无机粒子纳米复合材料。直接使用或以此母粒形式添加到聚合物基体中制造制品。

（2）溶液共混法。是先将聚合物基体树脂溶于溶剂中，然后加入处理过的无机纳米粒子进行搅拌，形成均匀溶液浇铸成膜或浇铸到模具中，再除去溶剂，在一定条件下使之聚合制得复合材料。

（3）悬浮液或乳液共混，该法与溶液共混法相似，只是用悬浮液或乳液代替溶液。

（4）熔融共混法。即先将表面处理过的纳米材料与聚合物混合，然后经过塑化、分散等过程，使纳米材料以纳米水平分散于聚合物基体中，达到对聚合物改性的目的，该方法的优点是与普通的聚合物共混改性相似，易于实现工业化生产。

（5）机械共混法。是将聚合物与改性处理过的无机纳米粒子直接研磨混合。

3.2 溶胶凝胶法

它是在聚合物存在的前提下，即聚合物溶解于与无机前驱物（水溶性盐或油溶性醇盐）共溶的溶剂中，加入无机前驱物水解，制成溶胶。然后，在凝胶和干燥时，控制条件使其不发生相分离，形成聚合物/无机物纳米复合材料，聚合物与无机网络间既可以是简单包埋与被包埋，也可以有化学键结合的存在。此法反应条件温和，两相混合接近分子水平，材料纯度高，且高度透明[9]。Yoko L[10]研究发现用溶胶凝胶法比采用机械混合法所得到的SiO2的粒子在丁基橡胶基体中的分散更均匀，体系的力学性能也有较大改善。

3.3 插层复合法

插层复合法是目前制备聚合物/片状、层状、针状无机物纳米复合材料的主要方法。其原理是，片层结构的无机物，如硅酸盐类、滑石、云母、粘土（高岭土、蒙脱土、泥灰石）、磷酸盐类、石墨、金属氧化物等，其片层之间的结合力比较弱，并具有一定的活性，在一定的条件下，加入有机、无机或金属有机物分子产生化学反应（即插层预处理），使其片层间距离扩大，然后将聚合物或其单体，在一定条件下插入经插层预处理后的层状无机物的片层之间，进而破坏其片层结构，将片层剥离成厚为1nm长宽约为100nm左右的层状单元微粒，并均匀地分散在聚合物基体中，以形成聚合物/无机物纳米复合材料。按照复合过程，插层复合法可分为插层聚合（加聚或缩聚）和聚合物插层（溶液插层或溶融插层）两大类[11]。

（1）插层聚合法，即先将单体分散插入经插层剂处理过的无机物片层结构中，然后进行原位聚合，利用聚合时放出的大量热量克服无机层片间的库仑力，剥离无机物片层，从而使无机物片层与聚合物基体以纳米尺度相复合，以化学键结合形式形成聚合物/无机物纳米

3

复合材料。按聚合反应类型的不同，插层聚合可以分为：插层加聚，即单体插入无机物片层

原位聚合时是自由基反应，涉及到自由基引发、链增长、链转移及链终止等自由基活性的控

制。因此，深受片层间阴阳离子PH值及杂质等影响，适用于PE、PP、PVC等改性复合；

另一种是插层缩聚，即单体插入无机物片层原位聚合时，属单体分子官能团之间的反应。因

此受片层间阴阳离子PH值即杂质等影响不大。适用的聚合物有：聚酰胺（PA）、聚对苯二

甲酸乙二醇酯（PET）、环氧树脂等。

（2）聚合物插层法，即将聚合物熔体或溶液与经插层剂处理过的层状无机物混合，利

用力学或热力学作用使层状无机物剥离成纳米尺度的片层并均匀分散在聚合物基体中。纳米

尺寸的片层微粒分散于聚合物基体中，形成聚合物/无机物纳米复合材料。聚合物插层复合

按其物料形态有聚合物溶液插层和聚合物熔融插层之分。聚合物溶液插层，是指聚合物借助

于溶剂使大分子链插入无机物片层。因此，选择的溶剂要既能溶解聚合物又能分散无机纳米

微粒，且无机纳米微粒事先必须用有机物离子改性处理，使其成为有机性的无机物。由于复

合后溶剂需要回收，所以此法比较复杂。例：丁苯橡胶/纳米粘土复合材料就用此法制造。

另一种是聚合物熔融插层，是指聚合物在熔融状态下，经温度、压力、剪切力的作用直接插

入无机物片层之间的复合办法。同前者相比，工艺简单，无需回收溶剂，更具有应用前景。

如Pravin Kodgire等[12]用熔融插层法制备了PP/粘土纳米复合材料，并采用马来酸酐接枝PP作

为增熔剂。研究表明，当粘土含量为4%时，拉伸模量和弯曲模量分别提高了35%和30%，

拉伸强度和弯曲强度分别提高了10%和25%，并且通过光学显微镜观察表明，PP/粘土复合

物可以在比纯PP高的温度下结晶。

4 聚合物/无机物纳米复合材料的优异性能及应用

4.1纳米塑料

塑料/无机物纳米复合材料在耐热和热稳定性方面、力学方面有显著提高[13]。表2[14]列

出了中科院化学所工程塑料国家重点实验室的纳米尼龙（nc-PA6）与通用尼龙力学性能的比

较。从表2列出的数据可以看出，蒙脱土含量仅为5%的nc-PA6的拉伸强度及模量较PA6和

其它尼龙都有较大的提高，尤其是热变形温度较之PA6提高近1倍以上。

表2 中科院化学所制备的nc-PA6与PA6力学性能的比较

性能nc-PA6 PA6 相对粘度（25℃） 2.4～3.2 2.0～3.0

熔点/℃ 213～223 215～225

断裂伸长率/% 10～20 30

拉伸强度/MPa 95～105 75～85

热变形温度（1.85MPa）/℃ 135～160 65

弯曲强度/MPa 130～160 115

4

弯曲模量/GPa 3.5～4.5 3.0 Izod缺口冲击强度/J·m-135～60 40

4.2 阻燃材料

层状硅酸盐的纳米级分散使材料在燃烧过程中可形成均匀的碳化层，从而提高了材料的阻燃性能[15]。含5%（质量百分数）层状硅酸盐的丁苯橡胶纳米复合材料氧气的透过率约为原来的0.25倍，如聚合物/黏土纳米复合材料只需加入较少的黏土填料（质量百分数小于5%），其阻燃性能就会有较大改善，同时还会改善材料的物理、机械性能和抗冲击强度，且对加工工艺要求也不高[16]。Schmidt等[17]发现，只含2%～6%纳米蒙脱石的聚合物热释放速率降低40%～60%，且在燃烧中不会增加CO量，大大改善了聚合物的阻燃性。

4.3 导电材料

插层复合技术为导电聚合物材料提供了有效方法。在层状无机物中嵌入导电聚合物，可制得导电或半导电材料[18]。如PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）/石墨纳米复合材料，当PMMA 的含量同为81%时，聚合复合物的电导率为简单共混物的10倍，达1000S/m[19]。Kerr等[20]研究了PAn/V2O5、PAn/MoO3及PEO/MoO3等纳米复合材料的电池性能，发现复合电极材料中Li+的传递速度比没有PAn嵌入的大大提高，PAn/MoO3经5次充电后电能量仍保持95%，而单纯MoO3仅为数65%。

4.4 非线性光学材料[21]

由于纳米复合材料可达到分子水平相容，且相尺寸小于光波长，因而纳米复合材料较纯聚合物透明性好。用溶胶凝胶法制备的材料一般是高度透明的，选择V2O5或MoO3片层无机物，会得到超导光致变色、电致变色材料。

4.5 磁性材料[22]

最新发现的纳米微晶软磁材料的高频场中具有巨磁阻抗效应，将成为铁氧体有力的竞争者。纳米微晶稀土永磁材料，其磁性高于铁氧体5～8倍，而且稀土含量减小2/3，生产成本下降，并且不易被氧化、腐蚀，可以作为粘结永磁体的原材料。用于磁致冷，具有效率高、功耗低、噪声小、体积小、无污染等优点，可用来扩展致冷温区。

4.6 其他

聚合物纳米复合材料还可用于涂料，用纳米材料制备的涂层具有特有的优异性能。可用为静电屏蔽涂层、紫外线反射涂层、红外线吸收涂层和绝缘涂层。聚合物纳米复合材料在电子器件、抗菌材料和传感材料中也有一定的应用。

5 结 语

聚合物/无机物纳米复合材料当前要解决的问题是无机纳米材料在聚合物基体中的均匀分散，纳米复合材料的相界面结构，无机粒子的形态参数对纳米复合材料性能的影响，纳米

5

材料对聚合物基体材料性能影响的机理等，而解决无机粒子分散及界面相容性的重要途径是与无机粒子形成化学键合的表面改性与具有分散功能的有机物表面改性，所以界面作用和界面形态将成为以后研究聚合物/无机物纳米复合材料的技术关键。随着研究的不断深入、制备技术的进一步完善以及对结构与性能关系的更深层次的了解，聚合物/无机物纳米复合材料将会有突破性进展，届时人们将能按照需要设计和生产出高性能和多功能的新型纳米复合材料。

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Polymer/inorganic Nanocomposite

Zhanglingyan Niuyanping

(School of Resources and Environmental Engineering Wuhan University of

Technology,Wuhan,430070)

E-mail：zhly@https://www.docsj.com/doc/4a8909780.html, or niuyanping2004@https://www.docsj.com/doc/4a8909780.html,

Abstract

According to the study on the type ,varieties of prepare methods, principle, performance, application of the polymer/inorganic nanometer composite etc, research progress of the polymer/inorganic nanometer composite is summarized.

Keywords：polymer/inorganic nanocomposite；treatment；surfacing

作者简介：张凌燕（1963—），男（汉族），重庆市人，副教授，现就职于武汉理工大学，研究方向：矿物材料及其加工技术。

E-mail：zhly@https://www.docsj.com/doc/4a8909780.html,或niuyanping2004@https://www.docsj.com/doc/4a8909780.html,

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有机化学和无机化学的区别

有机化学和无机化学主要区别于研究对象。 1.无机化学是一门研究无碳化合物（例如，CO2，Co，碳的单质和碳酸盐是无机的）的结构，组成，性质和变化的科学。 无机化学是对无机化合物化学的研究，是化学领域的重要分支。通常，与有机化合物相反，无机化合物是指大多数不具有C-H键的化合物。因此，碳氧化物，碳硫化物，氰化物，硫氰酸盐，碳酸和碳酸盐，碳硼烷，羰基金属等属于无机化学类别。 2.有机化学是对含碳元素进行化学研究，研究其结构，组成，性质，变化，合成的科学方法。 在有机化学发展的早期，有机化学工业的主要原料是动植物。有机化学主要研究从动植物中分离出来的有机化合物。 扩展数据： 有机化学成为化学中独立主题的原因是有机化合物具有其固有的联系和特性。 元素周期表中的碳元素通常通过与其他元素的原子共享外电子而获得稳定的电子构型（即共价键）。共价键的组合决定了有机化合物的特性。大多数有机化合物由碳，氢，氮和氧组成，少数有机化合物含有卤素和硫，磷，氮等元素。 因此，大多数有机化合物具有低熔点，燃烧和在有机溶剂中的溶解性的特性，这与无机化合物完全不同。 在包含多个碳原子的有机化合物分子中，碳原子彼此结合形成分子骨架，并且其他元素的原子连接至骨架。周期表中没有其他元素可

以像碳那样以多种方式牢固地相互结合。由碳原子形成的分子骨架有很多种，例如直链，支链，环等。 简而言之，有机化学的研究对象是“如何形成碳碳键”。有机化学是碳的化学。有机化学的内容是研究如何建造一个碳原子的建筑物（或小型建筑物）。因为对人类有用的有机分子通常很大且很复杂，而人们可以自由控制和轻松获得的原料通常又小又简单。

复合材料的界面改性

界面及界面改性方法 界面结合强度低，则增强纤维与基体很容易分离，在材料的断面可观察到脱粘、纤维拔出、纤维应力松弛等现象，起不到增强作用；但界面结合强度太高，则增强纤维与基体之间应力无法松弛，形成脆性断裂。 在研究和设计界面时，不应只追求界面粘结而应考虑到最优化和最佳综合性能。 1、聚合物基复合材料界面 界面结合有机械粘接与润湿吸附、化学键结合等。 大多数界面为物理粘结，结合强度较低，结合力主要来自如色散力、偶极力、氢键等物理粘结力。 偶联剂与纤维的结合（化学反应或氢键）也不稳定，可能被环境（水、化学介质等）破坏。一般在较低温度下使用，其界面可保持相对稳定。增强剂本身一般不与基体材料反应。 聚合物基复合材料界面改性原则： 1）在聚合物基复合材料的设计中，首先应考虑如何改善增强材料与基体间的浸润性。一般可采取延长浸渍时间，增大体系压力、降低熔体粘度以及改变增强体织物结构等措施。２）适度的界面结合强度 ３）减少复合材料中产生的残余应力 ４）调节界面内应力和减缓应力集中 聚合物基体复合材料改性方法 １、颗粒增强体在热塑性聚合物基体加入两性相溶剂(增容剂)，则能使液晶微纤与基体间形成结合良好的界面 ２、纤维增强体复合材料界面改善 a)纤维表面偶联剂 b)涂覆界面层 c)增强体表面改性 2、金属基复合材料界面 金属基体在高温下容易与增强体发生不同程度的界面反应，金属基体多为合金材料，在冷却凝固热处理过程中还会发生元素偏聚、扩散、固溶、相变等。 金属基复合材料界面结合方式有化学结合、物理结合、扩散结合、机械结合。总的来讲，金属基体复合材料界面以化学结合为主，有时也会出现几种界面结合方式共存。 金属基体复合材料的界面有3种类型：第一类界面平整、组分纯净，无中间相。第二类界面不平直，由原始组分构成的凸凹的溶解扩散型界面。第三类界面中含有尺寸在亚微米级的界面反应物。多数金属基复合材料在制备过程中发生不同程度的界面反应。 金属基复合材料的界面控制研究方法： 1）对增强材料进行表面涂层处理在增强材料组元上预先涂层以改善增强材料与基体的浸润性，同时涂层还应起到防止发生反应的阻挡层作用。 2）选择金属元素改变基体的合金成分，造成某一元素在界面上富集形成阻挡层来控制界面反应。尽量避免选择易参与界面反应生成脆硬界面相、造成强界面结合的合金元素 3）优化制备工艺和参数金属基体复合材料界面反应程度主要取决于制备方法和工艺参数，因此优化制备工艺和严格控制工艺参数是优化界面结构和控制界面反应的有效途径。 3、陶瓷基复合材料的界面 陶瓷基体复合材料指基体为陶瓷材料的复合材料。增强体包括金属和陶瓷材料。界面结合方式与金属基体复合材料基本相同，有化学结合、物理结合、机械结合和扩散结合，其中以化学结合为主，有时几种结合方式同时存在。 陶瓷基体复合材料界面控制方法

实验讲义-彩色填充聚合物材料的设计和制备

彩色填充聚合物材料的设计和制备 实验讲义(初稿) 设计型8学时 化学与环境工程学院 杨晓鸿

目录 1．前言 1.1目的意义 1.2简介 2.实验部分 2.1 设计思路 配方设计 选材 配合比设计 2.2原料及实验仪器 （1）原材料 （2）主要设备 2.3 实验方案 基本要领 实验操作步骤及说明 实验结果与记录 3. 思考题 4. 实验报告 附录1：安全知识 附录2：SJSZ-7微型双螺杆挤出机使用说明书

1前言 1.1目的意义：培养学生进行填充聚合物材料配方设计、优化、制备等的基本应用技能，了解填充改性聚丙烯的挤出原理，挤出机的工作特性，以及挤出成型工艺对制品质量的影响，掌握挤出的操作过程。 1.2简介 填充聚合物是非聚合物材料对聚合物的填充复合体，比如在树脂中填充混入其他非树脂物质而形成的复合体系，是聚合物料配方的基本形态。通过填充可以极大地改变和延伸聚合物的性能，制备改良或新的品种，目前已成为聚合物材料研究与开发的重要领域。填充的目的、方法和品种繁多，比如，添加填料来控制聚合物对固体表面的粘结强度；在系统中添加两种不同化学性质及宏观结构的填料来直接改变聚合物链间的相互作用，这些填料也就是纤维增强填料及精细的分散填料；用化学吸附长链脂肪族化合物分子得到的带有亲水或疏水表面特性的矿物性填料；颗粒填充改变聚合物(包括聚合物纳米复合材料)熔体的模量、频率依赖性、屈服行为等流变行为；等等。这些内容表明，填充聚合物是近年来材料科学领域中的有效技术方法，具有极大的发展前景。 挤出机按作用类型可分为连续挤出和非连续挤出，是塑料机械的一种。挤出机的主机由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成(见图1)。挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。挤出机按其螺杆数量可以分为单螺杆、双螺杆和多螺杆挤出机。目前以单螺杆挤出机应用最为广泛，适宜于一般材料的挤出加工。双螺杆挤出机由于具有由摩擦产生的热量较少、物料所受到的剪切比较均匀、螺杆的输送能力较大、挤出量比较稳定、物料在机筒内停留长,混合均匀。双螺杆挤出机喂料特性也好，适用于粉料加工，且比单螺杆挤出机有更好的混炼、排气、反应和自洁功能，特点是加工热稳定性差的塑料和共混料时更显示出其优越性。近些年来内国外双螺杆挤出机已经有很大的发展，各种形式的双螺杆挤出机已系列化和商品化。挤出机应用范围广泛，可适用于多种物料的加工，比如玻纤增强、阻燃料造粒（如：PA6、PA66、PET、PBT、PP、PC增强阻燃等）、高填充料造粒（如：PE、PP填充75%CaCO）、热敏性物料造粒（如：PVC、XLPE电缆料）、浓色母粒（如：填充50％色粉）、防静电母粒、合金、着色、低填充共混造粒、电缆料造粒（如：护套料、绝缘料）、XLPE管材料造粒（如：用于热水交联的母粒）、热固性塑料混炼挤出（如：酚醛树脂、环氧树脂、粉末涂料）、热熔胶、PU反应挤出造粒（如：EVA热熔胶、聚氨脂）、K 树脂、SBS脱挥造粒、等。

聚合物基纳米复合材料研究进展

聚合物基纳米复合材料研究进展 摘要: 针对聚合物基纳米复合材料的某些热点和重点问题进行了总结和评述，并讨论了碳纳米管、石墨烯及纳米增强界面等以增强为主的纳米复合材料的研究状况和存在的问题；系统地评述了纳米纸复合材料、光电纳米功能复合材料以及纳米智能复合材料等以改善功能的纳米功能复合材料的研究动态。 关键词 : 复合材料；纳米材料；聚合物；功能材料 引言 复合材料作为材料大家族中的重要一员，已经深入到人类社会的各个领域，为社会经济与现代科技的发展作出了重要贡献。复合材料科学与技术的发展经历了从天然复合材料到人工复合材料的历程，而人工复合材料的诞生更是材料科学与技术发展中具有里程碑意义的成就。20 世纪 50 年代以玻璃纤维增强树脂的复合材料(玻璃钢)和 20 世纪 70 年代以碳纤维增强树脂的复合材料(先进复合材料) 是两代具有代表性的复合材料。这两代材料首先在航空航天和国防领域得到青睐和应用，后来逐渐扩大到体育休闲、土木建筑、基础设施、现代交通、海洋工程和能源等诸多领域，使得复合材料的需求越来越强烈，作用越来越显著，应用领域越来越广泛，用量也越来越多，而相应的复合材料科学与技术也在不断地丰富和发展。随着纳米技术的出现和不断发展，纳米复合材料已经凸显了很多优异的性能，从一定意义上有力地推进了新一代高性能复合材料的发展。纳米化与复合化已经成为新材料研发和推动新材料进步的重要手段和发展方向。 纳米复合材料是指以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的颗粒、纤维、纳米管等为分散相，通过合适和特殊的制备工艺将纳米相均匀地分散在基体材料中，具有特殊性能的新型复合材料。本研究的重点是讨论聚合物基纳米复合材料的研究概况，系统介绍利用碳纳米管、石墨烯、碳纳米纸、纳米界面改性等提升和改善复合材料力学性能及物理性能的机理与作用。 1 纳米增强复合材料 纳米复合材料的性能依据其基体材料和纳米增强相种类的不同而差异巨大，因此提高力学性能是纳米复合材料研究领域中最具代表性的研究工作之一。纳米相对聚合物基体的力学性能改性主要包括强度、模量、形变能力、疲劳、松弛、蠕变、动态热机械性能等。 1.1 碳纳米管纳米复合材料 碳纳米管是由碳原子形成的石墨片层卷成的无缝、中空管体，可依据石墨片层的数量分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。由于纳米中空管及螺旋度共同作用，碳纳米管具有极高的强度和理想的弹性，其弹性模量甚至可达1.3 TPa，与金刚石

聚合物基纳米复合材料的结构与性能研究

聚合物基纳米复合材料的结构与性能研究 摘要：聚合物的结构与性能是材料科学研究的重点。通过改变或优化材料的结构，而得到性能更为优越的材料也一直是人们的研究方向，随着研究的不断深入，所采取的方法也越来越为多元化，其中，在高分子聚合物材料中引入纳米结构就是材料改型的一种办法。以下对聚合物基纳米复合材料的结构和性能的研究作一总结。分析了由插层复合法、溶胶一凝胶法和纳米微粒直接共混法制备的聚合物基纳米复合材料的结构和性能的紧密联系。 关键词：高分子聚合物；纳米材料；结构；性能 1、引言 1.1高分子聚合物材料概述[1] 材料是各门科学技术应用和发展的基础和载体。按照传统的分类，可将材料分为金属、半导体、陶瓷和有机高分子材料，而在科学技术迅速发展的今天，与其它材料相比，聚合物材料的研究与应用呈现非常快的增长趋势，有着广阔的发展前景。 聚合物材料作用和功能的发挥，与它的结构有着密切的关系。为了合成具有指定性能的高分子材料，人们总是从化学结构开始设想，为了改进高分子材料的某种性能，人们也总是首先从改变其结构入手。无数的事实表明：人们无时无刻不在利用高聚物结构与性能间的关系，根据需要选择高分子材料，改性高分子材料，创造高新的高分子材料。高聚物结构与性能间的关系是高分子材料设计的基础，同时也是确定高分子材料加工成型工艺的依据。 对于实际应用中的高分子材料或制品，有的时候它们的高级结构，如相态结构和聚集态结构，对高分子材料、尤其是高分子功能材料的影响更为明显，并且其使用性能直接决定于加工成形过程中的聚集态结构，因此对高分子聚集态结构的研究有着重要的理论意义和实际意义。了解高分子聚集态结构特征、形成条件及其与材料性能之间的关系，对于获得具有理想性能的材料是必不可少的，同时也可为新型高聚物材料的物理改性和材料设计提供科学的依据。 高分子聚合物的结构主要包括高分子链结构和聚集态结构。高分子链结构分为近程结构和远程结构，近程结构包括化学组成、单体单元的键合（键合方式、序列）、高分子的构型（结构单元空间排列）、单个高分子链的键接（交联与支化）。远程结构包括高分子的大小（分子量及其分布）、高分子链的尺寸（末端距、旋转半径）、高分子的形态（构象、柔性、刚性）。高分子的聚集态结构包括晶态、非晶态、取向态、液晶态、织态等。 高分子结构特点主要有五点：①链式结构②链的柔顺性③不均一性（多分散性）④聚集态结构的复杂性。⑤交联网状结构。聚集态结构是决定高分子材料使用性能的直接因素，交联程度对橡胶弹性体或热固性聚合物这类材料的力学性能有重要影响。除了一级结构，即分子链的化学结构，还有其高级结构，即高聚物在宏观上体现为若干高分子链以一定的规律堆集形成的状态，这种高分子链之间的排列和堆砌结构称为聚集态结构。高分子的链结构影响高分子的运动方式和堆砌方式，凝聚态结构将直接影响材料的力学、光学、热学、声学、电学等使用性能。经验证明：即使有同样链结构的同一种高聚物，由于加工成型条件不同，制品性能也有很大差别。例如：缓慢冷却的PET（涤纶片）是脆性的；迅速冷却，双轴拉伸的PET（涤纶薄膜）是韧性很好的材料。 对于高分子材料来讲，它具有密度小、强度高，易加工等优良性能，并且易于通过化学和物理方法进等行改性特性而拓展其应用范围。

有机物和无机物的区别

有机物与无机物最根本的区别 是否含碳元素是有机物与无机物最根本的区别 只有少数化合物例外 如二氧化碳、一氧化碳 碳酸盐属于无机物 【无机物】 无机物是无机化合物的简称 通常指不含碳元素的化合物。少数含碳的化合物 如一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、氰化物等也属于无机物。无机物大致可分为 氧化物、酸、碱、盐等。 【有机物】 定义有机物通常指含碳元素的化合物 或碳氢化合物及其衍生物总称为有机物。 说明 1.有机物是有机化合物的简称。目前人类已知的有机物达900多万种 数量远 远超过无机物。 2.早先 人们已知的有机物都从动植物等有机体中取得 所以把这类化合物叫 做有机物。到19世纪20年代 科学家先后用无机物人工合成许多有机物 如 尿素、醋酸、脂肪等等 从而打破有机物只能从有机体中取得的观念。但是 由于历史和习惯的原因 人们仍然沿用有机物这个名称。 3.有机物一般难溶于水 易溶于有机溶剂 熔点较低。绝大多数有机物受热容 易分解、容易燃烧。有机物的反应一般比较缓慢 并常伴有副反应发生。 4.有机物种类繁多 可分为烃和烃的衍生物两大类。根据有机物分子中所含官能团的不同 又分为烷、烯、炔、芳香烃和醇、醛、羧酸、酯等等。根据有机 物分子的碳架结构 还可分成开链化合物、碳环化合物和杂环化合物三类。 5.有机物对人类的生命、生活、生产有极重要的意义。地球上所有的生命体中 都含有大量有机物。 有机物与无机物的主要区别 无机物与有机物在性质及反应上的差别只是相对的、有条件的 不同的有机物 有其特殊的性质。例如 乙醇、乙酸、乙醛、丙酮能与水以任意比互溶 四氯 化碳、二氟二溴甲烷等有机物不但不能燃烧 反而可以用来灭火 乙酸及其金 属盐能在水溶液中电离 三氯乙酸是一种强酸 有些反应 如烷烃的热裂解和 三硝基甲苯的爆炸都是瞬间完成的 等等。 ==有机物即有机化合物。含碳化合物 一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、金

聚合物基复合材料

聚合物基复合材料 摘要：聚合物基复合材料以其特有的性能近年来越来越受到人们的青睐。本文简单的介绍了聚合物基复合材料，描述了其作为一种新材料的性能特点，并详细描述了其发展历史及应用。 关键词：聚合物、复合材料、应用、历史 1、聚合物基复合材料 复合材料是指：两个或两个以上独立的物理相，包括粘接材料（基体）和粒料纤维或片状材料所组成的一种固体物。 (1) 复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是各组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进。（2）复合材料中通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。（3）分散相是以独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在着界面。分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。 聚合物基复合材料（PMC）是以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低，但由于其粘接性能好，能把纤维牢固地粘接起来，同时还能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，充分展示各自的优点，并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。 实用PMC通常按两种方式分类。一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料；另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。如：玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点，同时还有其本身的特殊性能。通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料。 而聚合物基复合材料一般都具有以下特性： 1. 比强度、比模量大。比强度和比模量是度量材料承载能力的一个指标，比强度越高，同一零件的自重越小；比模量越高，零件的刚性越大。复合材料的比强度和比模量都比较大，例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的

聚合物基复合材料精彩试题

第一章 聚合物合金的概念、合金化技术的特点？ 聚合物合金：有两种以上不同的高分子链存在的多组分聚合物体系 合金化技术的特点:1、开发费用低，周期短，易于实现工业化生产。2、易于制得综合性能优良的聚合物材料。3、有利于产品的多品种化和系列化。 热力学相容性和工艺相容性的概念？ 热力学相容性：达到分子程度混合的均相共混物，满足热力学相容条件的体系。 工艺相容性：使用过程中不会发生剥离现象具有一定程度相容的共混体系。 如何从热力学角度判断聚合物合金的相容性？ 1、共混体系的混合自由能（ΔG M ）满足ΔG M =ΔH M -TΔS M <0 2、聚合物间的相互作用参数χ 12 为负值或者小的正值。 3、聚合物分子量越小，且两种聚合物分子量相近。 4、两种聚合物的热膨胀系数相近。 5、两种聚合物的溶度参数相近。 *思考如何从改变聚合物分子链结构入手，改变聚合物间的相容性？ 1、通过共聚使分子链引入极性基团。 2、对聚合物分子链化学改性。 3、通过共聚使分子链引入特殊相互作用基团。 4、形成IPN或交联结构。 5、改变分子量。 第二章 *列举影响聚合物合金相态结构连续性的因素，并说明分别是如何影响的？ 组分比：含量高的组分易形成连续相； 黏度比：黏度低的组分流动性较好，容易形成连续相； 内聚能密度：内聚能密度大的聚合物，在共混物中不易分散，容易形成分散相；溶剂类型：连续相组分会随溶剂的品种而改变； 聚合工艺：首先合成的聚合物倾向于形成连续性程度大的相。 说明聚合物合金的相容性对形态结构有何影响？

共混体系中聚合物间的工艺相容性越好，它们的分子链越容易相互扩散而达到均匀的混合，两相间的过渡区越宽，相界面越模糊，分散相微区尺寸越小。完全相容的体系，相界面消失，微区也随之消失而成为均相体系。两种聚合物间完全不相容的体系，聚合物之间相互扩散的倾向很小，相界面和明显，界面黏接力很差，甚至发生宏观的分层剥离现象。 什么是嵌段共聚物的微相分离？如何控制嵌段共聚物的微相分离结构？ 微相分离：由化学键相连接的不同链段间的相分离 控制溶剂、场诱导、特殊基底控制、嵌段分子量来控制 *简述聚合物合金界面层的特性及其在合金中所起的作用。 特性：1、两种分子链的分布是不均匀的，从相区到界面形成一浓度梯度；2、分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚合的平均密度；3、界面层内易聚集更多的表面活性剂、其他添加剂、分子量较低的聚合物分子。 作用：力的传递效应；光学效应；诱导效应。 第三章 简述橡胶增韧塑料的形变机理及形变特点。 形变机理：银纹化和剪切带形变 特点：1、橡胶的存在有利于发生屈服形变；2、力学性能受形变机理影响 简述橡胶增韧塑料形变机理的研究方法及影响形变机理的因素。 定量研究：高精度的蠕变仪同时测定试样在张应力作用下的纵向和横向形变 影响因素：树脂基体；应力和应变速率；温度；橡胶含量；拉伸取向 简述橡胶增韧塑料的增韧机理，并列举实例加以说明。 多重银纹化增韧理论：在橡胶增韧的塑料中，由于橡胶粒子的存在，应力场不再是均匀的，橡胶粒子起着应力集中的作用。（脆性玻璃态高聚物受外力作用发生银纹形变时材料韧性很差） 银纹-剪切带增韧机理：银纹和剪切到之间存在着相互作用和协同作用。（ABS 拉伸过程中既有发白现象，又有细颈形成） 试比较橡胶增韧塑料和刚性粒子工程塑料的异同点。 1、增韧剂种类不同； 2、增韧的对象不同； 3、增韧剂含量对增韧效果的影响不同； 4、改善聚合物合金性能的效果不同； 5、增韧机理不同； 6、对两相界面黏结强度的要求是相同 第四章

纳米复合材料

纳米复合材料的制备及其应用 分析化学饶海英20114209033 摘要：聚合物基复合材料目前已经成为复合材料发展的一个重要方向，它涉及了材料物理、材料化学、有机材料、高分子化学与物理等众多学科的知识。本文主要针对纳米复合材料的制备方法、性能及应用等方面的研究进展情况进行了综述。 复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国航、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分。80年代初Roy等提出的纳米复合材料[1-3]，为复合材料研究应用开辟了崭新的领域。纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。由于纳米微粒独特的效应，使其物理和化学性能方面呈现出不同的性能。将纳米材料与复合材料结合起来，所构成的纳米复合材料兼有纳米材料和复合材料的优点，因而引起科学家的广泛关注和深入的研究[4-5,44,45]。纳米复合材料的基体不同，所构成的复合材料类型也不同，如：金属基纳米材料[9-11,43]。陶瓷基纳米材料[12]、聚合物基纳米材料。 近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。 1纳米聚合物基复合材料 1.1 纳米聚合物基复合材料的合成进展 在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。较早发展起来的几种聚合物纳米复合材料的制备方法[13-14]有共混法、溶胶-凝胶法(sol-ge1)、插层复合技术(interaction)，可分为插层和剥离(exfoliate)两种技术、原位(in-situ)法、母料法、模定向合成法(template directed)包括化学方法和电化学方法。 声化学合成(sonochemical synthesis)是制备具有独特性能的新材料的有效方法。

聚合物基纳米复合材料的近代发展

汽车发动机地技术现状及发展趋势 摘要：自汽车发明以来,为人们地出行运输带来了极大地便利,促进了人类地大发展,一百多年后地今天,相关技术不断创新和走向成熟.但随之而来地问题则是,全球石油能源紧张,空气污染.因此,先进地发动机技术将在汽车节能、环保技术开发中起着关键地决定性地作用. 关键词：汽油直喷技术

有机钙和无机钙的区别

有机钙和无机钙的区别 一.无机钙，如：碳酸钙、磷酸钙及氧化钙，或者来自于经过机械加工的动物贝壳骨骼;无机钙，它的优点，最大的优点就是它含钙量特别高，它的一个缺点就是它吸收需要胃酸的参与，所以我们在日常应用上，一般对于胃肠道功能健全的成年动物。 二.是有机酸钙，如：甲酸钙、葡萄酸钙、乳酸钙、柠檬酸钙、醋酸钙等;有机钙它的优点，就是说钙吸收的相对好一些，因为它在溶解的过程中不需要胃酸的参与。 其中第一类钙剂往往存在着难于吸收、含钙量低的缺点，更致命的是有些产品由于制造工艺的缺陷，容易导致重金属含量过高。第二产品中有的存在着含钙量低和生物利用度不高的缺陷。甲酸钙为中性有机钙，含钙量高，水溶性好，肠道吸收率高，重金属含量低，价格适中，相对比较合理。 仔猪日粮日常补钙的品种分为五大类： 1、碳酸钙：是饲料厂日常应用最多补钙产品种，其含钙量高，价格便宜是应用的主要原因。但其为强碱性，对胃肠刺激性大，吸收过程需要大量胃酸来中和，吸收利用率率低，重金属含量高，适口性极差。与维生素同时添加容易发生反应，降低维生素利用率。不适合幼小动物和胃酸缺乏者。

2、乳酸钙：其优点是容易溶解，缺点是钙含量低。这类制剂有：乳酸钙，含钙13%;葡萄糖酸钙，含钙9%，要达到日粮中钙水平控制在0.58%～0.8%，需用量太多，这是饲料成本难于接受的。 3、磷酸氢钙：是饲料厂日常用的补钙品种，含钙23.3%，钙含量相对较高，但它的缺点是吸收较难，加之它含磷高，含磷过多会对对肾功能造成伤害，因此应用较少;特别是在水产养殖上不宜多用，易造成动物不耐运输。 4、枸缘酸钙：含钙量为21.1%，水溶性好，生物利用也较磷酸钙好，其吸收不依赖胃酸，但是价格较高。在人类医药上用比较多。 5、中性有机钙：饲料级甲酸钙钙在我国刚开始应用。它含钙量31%，含甲酸69%，中性的pH值，并且水分含量低，水溶性好且呈中性，将甲酸钙混合到添加剂预混料中不会造成维生素损失，且在胃酸作用下可分离出游离的甲酸，降低胃pH值。甲酸钙熔点高，在400℃以上时才能分解，在制粒过程中不会受到破坏。 仔猪饲料选择钙剂产品的标准是看它是否具有以下七个特点： 1、钙含量要高，且为中性最好; 2、溶解度(水溶性)大，不溶物要少; 3、在饲料中系酸力要低，肠道吸收度高;

聚合物无机物纳米复合材料

聚合物/无机物纳米复合材料 张凌燕 牛艳萍 （武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉，430070） E-mail：zhly@https://www.docsj.com/doc/4a8909780.html,或niuyanping2004@https://www.docsj.com/doc/4a8909780.html, 摘 要：本文从聚合物/无机物纳米复合材料的类型、各种制备方法及原理、优异性能及应用等方面，总结了聚合物/无机物纳米复合材料的研究进展。 关键词：聚合物/无机物纳米复合材料；增韧；表面改性 1 前 言 纳米材料是指材料二相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级尺寸（100nm以下）的材料。纳米复合材料是指2种或2种以上的吉布斯固相至少在一个方向以纳米级大小（1～100nm）复合而成的复合材料[1]。聚合物/无机物纳米复合材料（简称OINC）是以聚合物为基体（连续相）、无机物以纳米尺度（小于100nm）分散于基体中的新型高分子复合材料[2]。按照无机物纳米粒子形态结构，OINC可分为聚合物/无机粒子纳米复合材料、聚合物/无机纤维纳米复合材料、聚合物/片层状无机物纳米复合材料。用于制备OINC的无机物包括：粘土类如滑石粉、蒙脱土、云母、水辉石等，陶瓷如SiO2、TiO2、Al2O3、AlN、ZrO2、SiC、Si3N4等，聚硅氧烷，CaCO3，分子筛，金属氧化物如V2O5、MoO3、WO3等，层状过渡金属二硫化物或硫代亚磷酸盐如MoS2、TiS2、TaS2、MPS3（M=Mn、Cd等），层状金属盐类化合物、双氢氧化物，以及碳黑、碳纤维等[3]。与传统的复合材料相比，由于纳米粒子带来的纳米效应和纳米粒子与基体间强的界面相互作用，聚合物纳米复合材料具有优于相同组分常规聚合物复合材料的力学、热学性能，为制备高性能、多功能的新一代复合材料提供了可能。 2 无机纳米粒子的增韧机理及表面修饰 2.1 增韧机理 （1）在变形中，刚性无机粒子不会产生大的伸长变形，在大的拉应力作用下，基体和无机粒子的界面部分脱粘形成空穴，使裂纹钝化，不致发展成破坏性裂缝；无机粒子的存在产生应力集中效应，引发粒子周围的树脂基体屈服（空化、银纹、剪切带）。这种界面脱粘和屈服都需要消耗更多的能量，从而起到增韧作用。 （2）由于纳米粒子的比表面积大，表面的物理和化学缺陷越多，粒子与高分子链发生物理或化学结合的机会越多，因而与基体接触面积增大，材料受冲击时，会产生更多的微开裂，吸收更多的冲击能[4]。 2.2 表面修饰 刚性无机粒子的粒径越小，与基体接触面积越大，若能均匀分布，增韧增强的效果就越 1

聚合物基纳米复合材料的近代发展

聚合物基纳米无机复合材料的应用与发展 摘要：聚合物基纳米无机复合材料是一种性能优异的新型复合材料,已成为材料科学的新热点。本文概述了聚合物基纳米无机复合材料的发展前景及发展过程中应注意的问题。及相应的解决方法。 关键词：聚合物;纳米;无机物;复合材料 1.纳米复合材料的概念、特性、背景 1.1纳米复合材料的概念 纳米复合材料是指一种或多种组分以纳米量级的微粒,即接近分子水平的微粒复合于基质中构成的一类新型复合材料。因其分散相尺寸介于宏观与微观之间的过渡区域,从而给材料的物理和化学性质带来特殊的变化,纳米复合材料正日益受到关注,被誉为“21世纪最有前途的材料”,其研究的种类已涉及无机物、有机物及非晶态材料等。聚合物基纳米无机复合材料因其综合了有机物和无机物的各自优点,且能在力学、热学、光学、电磁学与生物学等方面赋予材料许多优异的性能,正成为材料科学研究的热点之一[1]。 1.2纳米复合材料的特性 当材料粒子尺寸进入纳米量级时,因其自身具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应,以及纳米固体粒子中大量缺陷的存在,使得聚合物基纳米无机复合材料具有与众不同的特点[2]。纳米复合材料是继单组分材料、复合材料和梯度功能材料之后的第四代材料。 1.3纳米复合材料的背景 纳米复合材料的出现先于概念的形成。早在上世纪年代末, 实际上就已出现了聚合物心纳米复合材料, 只是人们还未认识到其特殊的性能与实际应用意义〕。纳米复合材料是年代初〕提出的, 与单一相组成的纳米结晶材料和纳米相材料不同, 它是由两种或两种以上的吉布斯固相至少在一个方向以纳米级复合而成的复合材料, 这些固相可以是非晶质、半晶质、晶质或者兼而有之, 而且可以是无机、有机或二者都有。纳米相与其它相间通过化学共价键、赘合键与物理氢键等作用在纳米水平上复合, 即相分离尺寸不得超过纳米数量级。因而, 它与具有较大微相尺寸的传统的复合材料在结构和性能上有明显的区别, 近些年已成为聚合物化学和物理、物理化学和材料科学等多门学科交叉的前沿领域, 受到各国科学家和政府的重视。 2.纳米无机复合材料相关应用与发展 材料性能与组织结构有密切关系。与其他材料相比,纳米复合材料的物相之间有更加明显并呈规律变化的几何排列与空间结构属性,因此聚合物基纳米复合材料具有灵活的结构可设计性及优于一般传统复合材料的特性,在许多领域有着广泛的应用前景。 2.1吸波材料 根据目前吸波材料的发展现状,一种类型的材料很难满足日益提高的隐身技术提出的“薄、宽、轻、强”的综合要求[3 ] ,采用质量轻的有机聚合物作基体,无机吸收剂作客体进行多元复合制备吸波材料就成了必然趋势。另外,具有共轭电子体系结构,通过掺杂而成的导电聚合物(如聚乙炔、聚苯胺、聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩) 本身就有较好的微波吸收性能,一些聚合物还具有红外活性或红外特征吸收带[4 ,5 ] ,利于红外吸波。聚合物基纳米无机复合材料可以方便地调节复合物的电磁参数,以达到阻抗匹配的要求,且价廉。美国F117 飞机蒙皮上的隐身材料就含有多种超微粒子,它们对不同频段的电磁波有强烈的吸收能力[6] 。

有机物和无机物的区别

有机物和无机物的区别： 有机物即有机化合物。含碳化合物（一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、金属碳化物等少数简单含碳化合物除外）或碳氢化合物及其衍生物的总称。有机物是生命产生的物质基础。有机物的特点：多数有机化合物主要含有碳、氢两种元素，此外也常含有氧、氮、硫、卤素、磷等。部分有机物来自植物界，但绝大多数是以石油、天然气、煤等作为原料，通过人工合成的方法制得。和无机物相比，有机物数目众多，可达几百万种。有机化合物的碳原子的结合能力非常强，互相可以结合成碳链或碳环。碳原子数量可以是1、2个，也可以是几千、几万个，许多有机高分子化合物甚至可以有几十万个碳原子。此外，有机化合物中同分异构现象非常普遍，这也是造成有机化合物众多的原因之一。有机化合物除少数以外，一般都能燃烧。和无机物相比，它们的热稳定性比较差，电解质受热容易分解。有机物的熔点较低，一般不超过400℃。有机物的极性很弱，因此大多不溶于水。有机物之间的反应，大多是分子间反应，往往需要一定的活化能，因此反应缓慢，往往需要催化剂等手段。而且有机物的反应比较复杂，在同样条件下，一个化合物往往可以同时进行几个不同的反应，生成不同的产物。无机物即无机化合物。一般指碳元素以外各元素的化合物，如水、食盐、硫酸、石灰等。但一些简单的含碳化合物如一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐和碳化物等，由于它们的组成和性质与无机物相似，因此也作为无机物来研究。绝大多数的无机物可以归入氧化物、酸、碱、盐四大类。有机物不都是高分子的比如常见的甲烷苯乙烯就不是无机物不是都是低分子的，比如分子筛，某些陶瓷就不是，他们都是硅酸盐缩合形成的无机高分子化合物。

环烷烃 环烃 芳香烃 卤代烃 羟基化合物（醇、酚）有机物烃的衍生物醚 羰化合物（醛、酮） 羧酸 酯 单糖 糖类二糖 多糖 蛋白质

有机和无机的区别

有机和无机的区别 有机物即有机化合物。含碳化合物（一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、金属碳化物等少数简单含碳化合物除外）或碳氢化合物及其衍生物的总称。有机物是生命产生的物质基础。 有机物的特点： 多数有机化合物主要含有碳、氢两种元素，此外也常含有氧、氮、硫、卤素、磷等。部分有机物来自植物界，但绝大多数是以石油、天然气、煤等作为原料，通过人工合成的方法制得。和无机物相比，有机物数目众多，可达几百万种。有机化合物的碳原子的结合能力非常强，互相可以结合成碳链或碳环。碳原子数量可以是1、2个，也可以是几千、几万个，许多有机高分子化合物甚至可以有几十万个碳原子。此外，有机化合物中同分异构现象非常普遍，这也是造成有机化合物众多的原因之一。 有机化合物除少数以外，一般都能燃烧。和无机物相比，它们的热稳定性比较差，电解质受热容易分解。有机物的熔点较低，一般不超过400℃。有机物的极性很弱，因此大多不溶于水。有机物之间的反应，大多是分子间反应，往往需要一定的活化能，因此反应缓慢，往往需要催化剂等手段。而且有机物的反应比较复杂，在同样条件下，一个化合物往往可以同时进行几个不同的反应，生成不同的产物。 无机物即无机化合物。一般指碳元素以外各元素的化合物，如水、食盐、硫酸、石灰等。但一些简单的含碳化合物如一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐和碳化物等，由于它们的组成和性质与无机物相似，因此也作为无机物来研究。绝大多数的无机物可以归入氧化物、酸、碱、盐四大类。 简单地说，有机物就是含碳的化合物，无机物就是不含碳的化合物。但是，下列含碳的化合物，由于性质接近其它无机物，因此它们属于无机物： CO、CO2、H2CO3、碳酸盐（RCO3）、(CN)2、HCN、HCNO、氢氰酸盐（RCN）、氰酸盐（RCNO）、二硫化碳、碳化钙等等。 判断一种物质是不是有机物一般是可以通过燃烧的方法来判断的。不过虽然大多数无机物不能燃烧，但有一些无机物可以燃烧（如CO等）而也有一些有机物不能燃烧。 有机物与含碳无机物最大的区别，就是有机物中的C是作为有机物中的骨架，连接有H、O、N等其它的元素。而含碳无机化合物中C不作为化合物的骨架。 有机化合物的主要构成是C，一般的有机物常含有C、H、O等三种元素，而很多有机物中也存在N、P等元素。最简单的有机物是甲烷，化学式为CH4，相对分子质量16，常温下为气体，易燃，燃烧产物为水和二氧化碳。

聚合物基复合材料的界面研究进展

大学研究生课程论文 题目聚合物基复合材料的界面研究进展成绩 专业材料工程 课程名称、代码1512011080405 年级 姓名学号 时间年月 任课教师

聚合物基复合材料的界面研究进展 【摘要】界面的好坏是直接影响复合材料性能的关键因素之一。当复合材料受到外力作用时，除增强材料和基体受力外，界面亦起着极其重要的作用。本文主要综述无机刚性粒子增强复合材料、无机纳米粒子增强复合材料、纤维增强复合材料、原位复合材料的界面特性及其改性方法，并简要介绍了各种复合材料的增强机理，界面相容性。 【关键词】聚合物；复合材料；综述；增强 1 前言 界面是复合材料极为重要的微观结构，它作为增强体与基体连接的“桥梁”，对复合材料的物理机械性能有至关重要的影响。复合材料一般是由增强相、基体相和它们的中间相(界面相)组成，它们各自都有其独特的结构、性能与作用，增强相主要起承载作用，基体相主要起连接增强相和传载作用，界面是增强相和基体相连接的桥梁，同时是应力的传递者[1]。目前对增强相和基体相的研究已取得了许多成果，但对作为复合材料三大微观结构之一的界面问题的研究却不够深入，其原因是测试界面的精细方法运用起来较困难，描述的理论尚不完整，尤其从力学的角度研究界面的性质、作用及其对复合材料力学性能的影响和破坏机理等方面的工作正在开展。界面的性质直接影响着复合材料的各项力学性能[2]，尤其是层间剪切、断裂、抗冲击等性能，因此随着复合材料科学和应用的发展，复合材料界面及其力学行为将越来越受到重视。 复合材料的强度、刚性及韧性是代表其物理机械性能的重要指标，对复合材料进行界面改性使两相界面具有合适的粘附力，形成一个相互作用匹配且能顺利传递应力的中间模量层，以提高聚合物基复合材料的力学性能一直是高分子材料科学的重要研究领域[3]。 2 无机刚性粒子增强聚合物基复合材料及其界面 无机刚性粒子增强聚合物是近年来研究的热点，它克服了以往用弹性体、热塑性树脂增韧聚合物时在韧性提高的同时刚性下降的缺点。常用的无机刚性粒子[4]有CaCO3、SiC、BaSO4、滑石、硅石灰、蒙脱土以及煤灰等。欧玉春[5]等提出刚性粒子增强增韧聚合物的界面结构模型，即在均匀分散的刚性粒子周围嵌入具有良好界面结合和一定厚度的柔性界面相，以便在材料经受破坏时能引发银纹，终止裂缝的扩展。在一定形态结构下它还可引发基体剪切屈服，从而消耗大量冲击能，又能较好地传递所承受的外应力，达到既增强又增韧的目的。 在PP/CaCO3复合体系中用酯酸类偶联剂在刚性粒子表面引入柔性或弹性界面层，降低

粒子填充聚合物基复合材料导热性能的数值模拟

复舍材料学报 砒彳么嗍溉‰吧触渤∞玩砒∞第２６卷第１期２月２００９年 ＶｏＬ２６Ｎｏ．１Ｆｅｂｒｕａｒｙ２００９文章编号；１０００—３８５１（２００９）０１—００３６—０７ 粒子填充聚合物基复合材料导热性能的数值模拟 刘加奇１，张立群１’２，杨海波１，丁雪佳１，陈琪１，卢咏来¨ （Ｉ．北京化３－大学北京市新型高分子材料制备与成型加工重点实验室北京１０００２９； ２．北京化工大学纳米材料先进制备技术与应用科学教育部重点实验室，北京１０００２９）摘要：根据电镜照片中观察的微观结构信息，基于两套新设计的算法建立了代表体积元（ＲＶＥ）模型，基于此模型研究了粒子填充聚合物基复合材料的导热性能与微观结构的关系。通过对电镜照片的处理得到两个参数即稀疏区比重和稀疏区半径，建立了与实际体系相符的具有非均匀粒子分布结构的ＲＶＥ模型。制备了氧化铝／高温硫化硅橡胶导热复合材料，并测试了不同填充量下体系的热导率，用以验证模型的有效性。采用有限元方法求解ＲＶＥ模型得到的热导率预测值与实验值进行对比，结果表明：填料用量在宽范围内预测结果与实验值均吻合很好；与均匀分布或随机分布相比，存在稀疏区和富集区的非均匀分布的体系具有更高的热导率，这种差异在高填充量下当颗粒间形成导热网链时更为显著；在相同填充量下，不同的粒子空间分布结构可使体系热导率差别很大，是影响体系热导率的关键因素。 关键词：导热复合材料；热导率；非均匀粒子空间分布；代表体积元模型，有限元；导热硅橡胶 中图分类号：ＴＢ３３２文献标志码：Ａ ＮｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｆｉｌｌｅｄｐｏｌｙｍｅｒｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅＬＩＵＪｉａｑｉｌ，ＺＨＡＮＧＬｉｑｕｎｌ～，ＹＡＮＧＨａｉｂ０１，ＤＩＮＧＸｕｅｊｉａｌ，ＣＨＥＮＱｉｌ，ＬＵＹｏｎｇｌａｉ’１（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＢｅｉｊｉｎｇＣｉｔｙｏｎＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＮｏｖｅｌＰｏｌｙｍｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＮａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ， ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｖｏｌｕｍｅｅｌｅｍｅｎｔ（ＲＶＥ）ｍｏｄｅｌｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ ａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｆｉｌｌｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓｂａｓｅｄｏｎｔｗｏｎｏｖｅｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ａｎｄｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｒｅａｌｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｙｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｗｏｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉ．ｅ．ｔｈｅｒａｔｉｏａｎｄｔｈｅｒａｄｉｕｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅ—ｐｏｏｒｒｅｇｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｂｏｔｈｗｅｒｅｅｓｔｉｍａｔｅｄｆｒｏｍＳＥＭｍｉｅｒｏｇｒａｐｈｓ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄａｎｄｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｃｃｕｒａｔｅｉｎｔｈｅｌａｒｇｅｓｃａｌｅｏｆｆｉｌｌｅｒｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｎｏｎ— ｕｎｉｆｏｒｍ ｐａｒｔｉｃｌｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｈｏｗｓｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｔｈａｎｔｈａｔｗｉｔｈｒａｎｄｏｍｏｒｕｎｉｆｏｒｍｐａｒｔｉｃｌｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙａｔｔｈｅｈｉｇｈｆｉｌｌｅｒｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｗｈｅｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｐａｔｈｗａｙｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓｆｏＩＴＳ．Ａｎｄａｔｔｈｅｓａｍｅｆｉｌｌｅｒｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃａｎｂｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｕｅｔｏｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｐａｒｔｉｃｌｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ＲＶＥｍｏｄｅｌＩｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｓｉｌｉｃｏｎｅｒｕｂｂｅｒ 聚合物基无机粒子填充导热复合材料结合了聚合物的优越力学性能和填充粒子的高导热性的优点，以其廉价、多样、灵活的可设计性，得到了深入研究与广泛应用。作为粒子填充的导热体系，影响复合材料热导率的因素众多，如填料与聚合物基体的热导率，填料填充体积分数、颗粒形状、粒径及粒径分布，填料在基体中的分散情况以及填料与基体的结合程度等。 Ｚｈｏｕ¨１等分别研究了氧化铝填充硅橡胶体系中填料用量、粒径大小、不同粒径填料混杂等因素 收稿日期：２００８—０ｌ一０７；收修改稿日期：２００８－０４－２８ 基金项目：北京市科技新星计划（２００６Ａ１５）；北京市自然科学基金项目（２０８２０１９）；北京化工大学青年教师自然科学基金（ＱＮ０５０７），国家杰出青年科学基金（５０７２５３１０） 通讯作者：卢咏来，副教授，研究方向：功能弹性体、聚合物加工工程Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｕｙｏｎｇｌａｉ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｔｏｍ万方数据