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聚合物纳米复合材料

聚合物纳米复合材料
聚合物纳米复合材料

聚合物纳米复合材料的研究进展

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关键字

Abstract

1. 引言

纳米材料是指材料的显微组织中至少有一相的一维尺寸在1-100nm 以内的

材料。由于平均粒径小,表面原子多,比表面积大,表面能高,因而呈现出独特的小尺寸效应、表面效应、量子隧道等特性,具有许多材料所没有的性能。介于其超凡特性,纳米材料越来越得到广泛的关注。不少学者认为纳米材料将是21 世纪最有前途的材料之一,尤其是聚合物纳米材料。本文就聚合物纳米复合材料的分类、制备、改性、应用及问题和未来展望展开叙述。

2. 聚合物纳米复合材料定义与分类

2.1 定义

聚合物纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料,纳米单元可以是金属、无机物和高分子等。

2.2 分类

根据组分不同,可分为:

a) 聚合物/ 聚合物纳米复合材料:由两种或两种以上的聚合物混在一

起而其中有一纳米尺寸的聚合物分散于其它聚合物单体所构成的复合材

料。如第三代环氧树脂粘接剂,它是将预聚合的球状交联橡胶粒子分散

于环氧树脂中固化而成的。

b) 聚合物/ 层状纳米无机物复合材料:是将层状的无机物以纳米尺度

分散于聚合物中而形成的。通常采用插层法制备。目前用的最多的是蒙

脱土,蒙脱土是以片状晶体而构成的。

c) 聚合物/ 无机纳米复合粒子复合材料:是将纳米级无机粒子填充到

聚合物当中去的。由于小尺寸效应使材料具有光、电、声、磁等功能,

赋予材料良好的综合性能。

3. 聚合物纳米复合材料制备

3.1 插层复合法

插层复合法是目前制备聚合物纳米复合材料的主要方法。根据复合过程,插层复合法可分为两类,1)插层聚合法:原理是将聚合物单体分散,插层进入层状硅酸盐片层中,然后再原位聚合,利用聚合时放出的大量的热量克服硅酸盐片层间的库仑力,使其剥离,从而使硅酸盐片层与聚合物基体以纳米尺度相复合;2)熔体插层法:原理是将插层无机物与高聚物插入层状无机的层间,该方法优点是不需要其它介质,不污

染环境,操作简单,适用面广。

插层复合法主要适用于有机聚合物/ 无机物混合物一类。该法有填充体系质量小、成本低、热稳定性好以及尺寸稳定性好的优点,适用于航空、汽车等领域。

3.2 原位聚合法

原位聚合法是应用原位填充,使纳米粒子在单体中均匀的分散,然后进行聚合反应,既实现了充填粒子的均匀分散,又保证了粒子的纳米特性。由于不需要热加工,避免了由此产生的降解,从而可以保证机体的各种性能的稳定

3.3 溶胶凝胶法

溶胶凝胶法是将硅氧烷金属氧化物等前驱物溶于水或有机溶剂中,溶剂经水解生成纳米粒子并形成溶胶,在经蒸发干燥而凝胶。它的特点在于其可在温和的反应条件下进行,两相分散均匀,甚至可以达到分子复合的水平。但是它最大的问题在于凝胶干燥的过程中,由于溶剂、小分子和水分的挥发,材料内部产生收缩应力,材料变脆。

3.4 共混法

共混法是将各种无机纳米粒子与聚合物直接进行分散混合而得到的一类复合材料。过程较简单,容易实现工业化;但是纳米粒子分散较困难,稳定性不好。

4. 聚合物纳米复合材料的表面改性

在制备聚合物纳米复合材料时,对纳米粒子的团聚要进行表面处理改性,一般分为化学改性处理和物理改性处理。

化学改性处理包括表面接枝改性、表面覆盖改性、高能表面改性;物理改性处理包括机械化学改性、外膜改性、利用沉淀反应进行改性。

5. 聚合物纳米复合材料的应用

5.1 聚乳酸/纳米Si02 复合材料

纳米Si0 2是无定型白色粉末,其分子呈三维链状、网状结构或硅石结构等。一般而言,将纳米Si02 引入聚合物制备纳米复合材料,有利于提高聚合物的模量、强度和热稳定性,因而在聚合物纳米复合材料中也备受关注。纳米Si02 表

面富含亲水性的硅羟基,因而与有机物相容性差,难以在其中分散均匀。一般使用硅烷偶联剂与Si02 表面羟基发生硅烷化反应,消除或减少表面硅羟基,使其由亲水性变为疏水性。经过表面改性后的纳米Si02 与单体或聚合物的相容

性增大,通过原位聚合和共混.可制得纳米复合材料。

已报道的聚乳酸/纳米Si0 2复合材料的制备方法有原位共混法(即溶胶凝胶法)和原位聚合法。

Joubert 首次报道了通过原位聚合制备了聚乳酸/ 纳米Si0 2复合材料。将硅烷偶联剂(GPS)接枝到Si02表面,使用其表面醇羟基引发丙交酯开环聚合,从而将聚乳酸以共价键的形式接枝到Si02 表面。该法也适用于其它环酯单体原位聚合制备相应的纳米复合材料。此外,已有报道,使用含端氨基的硅烷偶联剂改性Si02 引发己内酯开环聚合可在Si02 表面接枝上聚己内酯,Si02 粒子表面的硅羟基可直接引发DXO 开环聚合。这些方法也可能用于丙交酯的原位开环聚合制备聚

乳酸/纳米复合材料。

目前对聚乳酸/纳米Si0 2复合材料性能的研究还很少。周海鸥研究了溶胶凝胶法制备的复合材料的性能,发现Si0 2的引入使聚乳酸的T s 提高,当其含量达到

45.3 %时,T s提高到105.9 C,但随其含量的提高复合材料的玻璃化转变越来越不明显。

5.2 聚乳酸/碳纳米管复合材料

碳纳米管(carbon nano tube ,CNT是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。石墨烯的片层一般可以从一层到上百层,含有一层石墨烯片层的称为单壁碳纳米管(si ngle . wall carbon nano tube , SWCNT)多于一层的则称为多壁碳纳米管(multi —wallcarbon nano tube . MWCNT)SWCNT勺直径一般在几到几十纳米之间,长约数微米至数毫米,是一种一维纳米材料。

聚乳酸/ 碳纳米管复合材料可用熔融或溶液共混法制备,原位聚合法尚未见报道。Moon直接用这两种方法制得了聚乳酸/多壁碳纳米管复合材料,但是仅能实现微米级均匀分散。为改善碳纳米管在聚乳酸基体中的分散性,Chen 等将MWCN表面的碳原子用王水氧化再经SOC2酰化变为MWCNTCOCI将其与聚乳酸进行溶液共混,得到聚乳酸接枝的碳纳米管(MWCNT-g-PLA,) 接枝率达53.1 % (wt),接枝后碳管直径由

30nm增长到80 nm;且MWCNT-g-PL在聚乳酸基体以及氯仿、DMF等溶剂中均分散良好。

聚乳酸与MWCNH合后,MWC可起到晶核的作用,促进聚乳酸结晶,当MWCNT 的加入量为5%时,聚乳酸的杨氏模量达到最大值 2.5GPa,比纯聚乳酸提高1.5 倍,但断裂伸长率降低。MWCNT加入还能提高聚乳酸对电磁波的屏蔽作用、提高电导率。但对其生物相容性看来有不利影响,细胞培养实验表明,MWCNT存

在使成纤细胞的生长速率降低。

5.3 聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料

MM是一种由硅-氧四面体和铝-氧或氢氧基组成的八面体在Z轴方向作周期排列的2:1 的层状结构硅酸盐矿物。每个晶胞由2个硅氧四面体和1个铝氧八面体构成。表面层带负电,有良好的离子交换和吸附能力。而聚合物溶液插层法是指将PP和MM一起加入溶剂中,经过长时间搅拌使MM均匀分散于PP S体中,MM片层达到纳米尺度分离,最后对产物进行分离挥发溶剂得到纳米复合材料。

刘晓辉等用原位接枝插层法成功地制备了PP/MM纳米复合材料。他们将丙烯酰胺、适量引发剂的水溶液与0MM的甲苯分散液配成稳定的乳液,待三口烧瓶中PP与甲苯混合物升至回流温度且PF完全溶解后,将配好的乳液滴加入烧瓶中,保温1h后冷却出料。在丙烯酰胺的桥联作用下,PP大分子链可以强行插入硅酸盐片层之间且与其形成稳定的结构,不再被排斥出来。通过X射线衍射和TEME实,0MM片层间距从1. 42 nm增加至4 nm左右,分散在PP体中的MM片层大部分仍以原始的20?30层组成的层状聚集结构存在,小部分则被剥离成纳米尺度的单片层或几个片层组成的初级结构无规分散。

A. usuki等副用双十八烷酰胺二甲基胺盐(DsDM作插层剂,选用聚烯烃远螯羟基齐聚物作增容剂制备了剥离型PP/ MM纳米复合材料。等质量的由DsDI插层得到

0MM与聚烯烃远螯羟基齐聚物被加入到甲苯溶液中,挥发甲苯溶剂后,得到聚烯烃二醇进一步插层的改性0MMT最后将改性0MM与PP共混得到剥离型纳米复合材料。这种方法被称为“二步法”:首先,在甲苯溶剂中使极性聚烯烃远螯羟基齐聚物插入MM 片层间,导致层间距增大,并且层间相互作用减弱;然后,通过与PP共混,使PP大

分子插入到改性OMMT间。

聚合物熔融插层法聚合物熔融插层法是指先将PP和MM混合,然后加热到PP 熔点以上,在挤出机或混炼机中通过剪切力使两者混合均匀,插层剥离而得到纳米复合材料。与溶液插层法相比,这种方法具有操作简单且无需处理过多溶剂等优点,因而避免了环境和能源问题,更易于工业化,是目前研究最多的方法。

王柯等刮采用熔融插层法在双螺杆挤出机中制备了PP/ OMM纳米复合材料,讨论了有机化改性、增容剂及辐照、接枝处理等因素对纳米复合材料性能的影响。采用PP-g-MA为增容剂,在对MM有机化之前,用丙烯酰胺进行了辐照改性接枝。力学性能测试结果表明,MM经过有机化处理及辐照接枝等改性后,复合材料的冲击强度较基体树脂提高了50%。XRD吉果显示对MM的有机化改性可有效地增大其层间距。TEMS果证明0MM片层在PP S体中达到了纳米级的分散。

徐卫兵等刊用十六烷基二甲基溴化铵对钠基MM进行改性后,在双辊混炼机上与PP进行熔融共混制备了纳米复合材料。结果表明,通过熔融插层法,PP可插层进入OM-M的片层间形成纳米复合材料,且PP/0MM纳米复合材料的冲击韧性在MM含量为3%时有大幅度提高,拉伸强度略有下降。

6. 未来展望

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

聚合物复合材料作业答案

聚合物复合材料作业 1、试述玻璃纤维的制备过程。 答:玻璃纤维的制备过程有两种方法:一.玻璃球法:生产玻璃纤维的过程是将硅砂、石英石、硼酸和其它成分(粘土,氟石等)干混后,经高温炉熔融,熔化后的玻璃液直接通过漏板形成了玻璃纤维。二.直接熔融法:直接熔融法是将玻璃配合料投入熔窑熔化后直接拉制成各种支数的连续玻璃纤维。 2、玻璃纤维与块状玻璃性能为何不同? 答:块状玻璃一般认为质硬易碎物体,并不适于作为结构用材,但将其抽成丝后成玻璃纤维后,则其强度大为增加且具有柔软性,故配合树脂赋予形状以后终于可以成为优良之结构用材。玻璃纤维随其直径变小其强度增高,它具有不燃、耐高温、电绝缘、拉伸强度高、化学稳定性等优良性能。 3、玻璃纤维浸润剂的作用是什么? 答:玻璃纤维浸润剂的作用有五点:(一)润滑-保护作用:在拉丝过程中,浸润剂中的“湿润滑组分”使玻璃纤维原丝与涂油器(单丝涂油器、带式涂油器或半轮式涂油器)、集束槽及排线器之间保持一定的润滑作用,避免二者间摩擦系数过大而引起原丝张力过大,造成飞丝、丝束打毛及原丝筒粘并退解困难等。(二)粘结-集束作用:粘结组分可使玻纤单丝粘结成一根玻纤原丝,使原丝保持其完整性,避免应力集中于一根或数根单丝上,以减少散丝及断丝,便于无捻粗纱的退解及玻纤纱的纺织加工。(三)防止玻璃纤维表面静电荷的积累:浸润剂中抗静电剂可降低玻璃纤维表面电阻并形成导电通道,此种作用对smc、喷射、石膏等用无捻粗纱、短切毡、连续原丝毡用玻纤原丝特别重要。(四)为玻璃纤维提供进一步加工和应用所需要的特性:这些特性包括短切性、成带性、分散性等,特别是纤维在热固性或热塑性树脂,以及橡胶,石膏、水泥等基材中被迅速浸润的性能。(五)使玻璃纤维获得与基材有良好的相容性及界面化学结合或化学吸附等性能。 4、PAN法制备碳纤维过程中,预氧化、碳化、石黑化过程的作用分别是什么? 答:预氧化的作用:防止原丝在炭化时熔融,通过氧化反应使得纤维分子中含有羟基、羰基,这样可以在分子间和分子内形成氢键,从而提高纤维的热稳定性。炭化作用:有机化合物在惰性气氛中加热到1000-2000 C时,非碳原子(氮、氢、氧等)将被逐步被驱除,碳含量逐步增加,固相间发生一系列脱氢、环化、交链和缩聚等化学反应,此阶段称为脱碳过程,形成由小的乱层石墨晶体组成的碳纤维。石墨化的作用:当温度升到2000 -3000C 时,使非碳原子进一步排除,芳环平面逐步增加,排列也较规则,取向度显著提高,由二维乱层石墨结构向三维有序结构转化,大大提高了石墨纤维弹性模量。 5、试分析碳纤维结构及其对性能的影响。 答:材料的性能主要决定于材料的结构。结构有两方面的含义,一是化学结构,二是物理结构。碳纤维的物理结构(层状平面环):碳纤维的结构决定于原丝结构与碳化工艺。对有机纤维进行预氧化、碳化等工艺处理的目的是,除去有机纤维中碳以外的元素,形成聚合多环芳香族平面结构。在碳纤维形成的过程中,随着原丝的不同,重量损失可达10%--80%,因此形成了各种微小的缺陷。但是,无论用哪种原料,高模量碳纤维中的碳分子平面总是沿纤维轴平行地取向。碳纤维的化学性能(不耐氧化):碳纤维的化学性能与碳很相似。它除能被强氧化剂氧化外,对一般酸碱是惰性的。在空气中,当温度高于400 ℃时,则会出现明显的氧化,生成CO和CO2。在不接触空气或氧化气氛时,碳纤维具有突出的耐热性。当碳纤维在高于1500 ℃时,强度才开始下降;而其它类型材料包括A12O3晶须在内,在此温度下,其性能已大大下降。另外,碳纤维还有良好的耐低温性能,如在液氮温度下也不脆化。它还有耐油、抗放射、抗辐射、吸收有毒气体和减速中子等特性。

(无机,有机,高分子)抗菌聚合物纳米纤维的研究进展

抗菌聚合物纳米纤维的研究进展 孙娟,姚琛,李新松* (东南大学化学化工学院,生物材料和药物释放实验室,南京210018) 摘要:静电纺丝技术是制备功能聚合物纳米纤维的一种简单而有效的方法。由电纺纳米纤维堆砌而成的无纺织物具有巨大的比表面积,赋予其广泛的应用前景。通过在电纺聚合物纳米纤维中添加各类抗菌剂或对 其表面进行化学改性,制备具有优异抗菌性能的新型功能聚合物纳米材料,将进一步拓展电纺纳米纤维在生物 医学、过滤、精密制造等领域的应用。本文基于抗菌纳米纤维的分类进行总结,介绍国内外抗菌聚合物纳米纤 维的研究现状,并对抗菌纳米纤维的未来发展进行了探讨。 关键词:聚合物纳米纤维;抗菌;静电纺丝 引言 随着社会和经济的发展,人类对生存环境和生活质量的要求越来越高,特别是健康意识不断增强。自然界中存在着大量的微生物,常常引起各种材料的分解、变质和腐败,带来重大的经济损失。而致病微生物的广泛分布,由材料携带而引发的细菌性感染,更是严重威胁着人类健康。因此,具有抗菌功能的材料的研究和开发越来越受到研究人员的重视。 静电纺丝是通过在聚合物溶液中施加外电场来制备纳米纤维的一种有效纺丝技术。静电纺丝技术制得的纤维直径范围一般在几十纳米至几微米之间,由电纺纤维堆砌构成的无纺织物具有巨大的比表面积。进一步通过各种物理化学手段,可以赋予电纺纳米纤维特殊的结构和功能。因此,电纺纳米纤维不仅可以用作高效过滤材料,而且在传感器、高性能光电材料、防护材料、纳米复合材料,特别是在生物医学领域有着广泛的应用前景[1~3]。 通过将抗菌剂和纳米纤维以物理或化学方法复合制备具有抗菌功能纳米纤维材料,是近年来电纺纳米纤维研究和开发的热点。抗菌剂和纳米纤维的结合不仅有利于抗菌剂的传输、释放和吸收,而且有利于空气的透过,并阻碍空气中灰尘、细菌的通过,还可以吸附微生物,从而达到更高的抗菌效果。本文从抗菌剂的分类出发,介绍制备抗菌电纺聚合物纳米纤维的方法,归纳了抗菌纳米纤维的研究进展。 1无机抗菌剂复合纳米纤维 无机抗菌剂具有良好的持久性、广谱抗菌性等特点,其中,银和银离子的抗菌效果最为显著[4,5]。Son 等[6]以质量分数比为80/20的丙酮和水作为混合溶剂,按不同比例将AgNO3加入到质量分数为10%醋酸纤维素溶液中,通过静电纺丝制备纳米纤维膜。在紫外光照射作用下,纤维上的银离子通过光致还原形成3~16nm的银纳米粒子,并评价了其对革兰氏阴性菌(大肠杆菌、克雷伯氏杆菌、绿脓杆菌)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)的抗菌效果。载银抗菌纳米纤维主要依靠纤维中游离出的银离子发挥抗菌作用,银离子和细菌细胞接触后,通过静电相互作用吸附在带负电荷的细胞壁上,取代细胞膜表面阳离子的位置,与蛋白质或其他阴离子基团结合,破坏细胞膜的结构和功能,导致细胞内容物溢出,达到抗菌目的[7~9]。 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50573011,50673019,50903016); 作者简介:孙娟,硕士研究生,从事电纺法制备功能纳米纤维及其应用研究; *通讯联系人:E2mail:lixs@https://www.docsj.com/doc/c812515804.html,.

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

节能与环境——有机高分子材料与纳米材料

节能与环境作业 浅谈有机高分子材料与纳米材料 摘要: 有机高分子材料包括天然有机高分子材料和塑料和有机聚合物合成材料。 它们质地轻、原料丰富、加工方便、性能良好、用途广泛,因而发展速度很快。塑料、橡胶和合成纤维是有机高分子材料的典型代表,此外,还有涂料和黏合剂等。随着合成、加工技术的发展,耐高温、高强度、高模量和具有特定性能和功能的高分子材料也应运而生。 高分子材料蓬勃发展的原因可以概括为资源丰富、种类繁多、性能良好、成形简便、成本低廉、用途广泛等方面。 关键字: 有机高分子材料纳米材料结构特性制备与合成应用 前言: 有机高分子材料和纳米材料都是应用十分广泛的两种材料,近年来,它们都在蓬勃发展。所以我选择了高分子材料和纳米材料,从材料四要素的角度进行简单的分析这两种前景广阔的材料。 正文: 有机高分子材料 有机高分子材料包括天然有机高分子材料和塑料和有机聚合物合成材料。 它们质地轻、原料丰富、加工方便、性能良好、用途广泛,因而发展速度很快。塑料、橡胶和合成纤维是有机高分子材料的典型代表,此外,还有涂料和黏合剂等。随着合成、加工技术的发展,耐高温、高强度、高模量和具有特定性能和功能的高分子材料也应运而生。

高分子材料蓬勃发展的原因可以概括为资源丰富、种类繁多、性能良好、成形简便、成本低廉、用途广泛等方面。 (高分子的合成:) 有机高分子可以通过聚合反应合成,而聚合反应按机理可分为链式聚合和逐步聚合。 逐步聚合过程中,高分子链逐步变大。这类聚合反应包括:缩(合)聚(合)反应和某些非缩聚反应。逐步聚合反应包括的反映类型很多,原料单体非常广泛。基本特点是反应发生在单体所携带的基团上。 链式聚合分为自由基聚合、离子聚合和配位阴离子聚合。 (高分子的结构和性能:) 高分子的结构决定它的性能。高分子研究的内容包括:高分子的链结构和凝聚态结构。高分子的链结构又分为近程结构和远程结构。其中,近程结构包含结构单元的化学组成、结构单元的链接方式、结构单元空间立构、支化与交联、结构单元键接序列;远程结构包含高分子链尺寸和高分子链的形态;高分子的凝聚态结构比较负暂,包括非晶态结构、晶态结构、液晶结构、取向结构等。 高分具有力学性能、电性能和热性能。高分子力学性能最大的特点是高弹性和黏弹性。绝大多数高分子材料为绝缘体,但也有一些高分子的电导率在半导体范围,如反式聚乙炔,有的甚至具有导体的电导率。高分子材料与金属材料相比强度不高,不耐高温,易于老化,从而限制了它的使用。但是,随着科学技术的发展,这些不足之处正在得到逐步的弥补。 (有机高分子的应用:) 有机高分子材料种类繁多。高分子材料是由可称为单体的原料小分子通过聚合反应而合成的。绝大部分原料单体为有机化合物。在有机化合物中,除碳原子外,其他主要元素为氢、氧氮等。在碳原子与碳原子之间、碳原子与其他元素的原子之间能形成稳定的共价键。由于碳原子是4价,所以可以形成为数众多、结构不同的有机化合物。 聚苯乙烯一种广泛应用于制造纺织工业、电子工业和化工业的有机高分子材料,它是一种典型的线性无定形高分子。由于含有苯环,位组高大,结晶度降低,聚苯乙烯具有较大的刚度。聚苯乙烯密度低,常温下较透明,几乎不吸水;具有优良的耐蚀性;电阻高,是很好的隔热、防震、防潮和高频绝缘材料。缺点是耐冲击性差,不耐沸水,耐油性有限。 环氧塑料(EP)是环氧树脂加入固化剂后形成的热固性塑料。一般以铸型的方式成形。环氧塑料强度较高,韧性较好;具有优良的绝缘性能,耐热,耐寒,化学稳定性很高。缺点是有些毒性。环氧塑料是很好的胶粘剂,对各种材料都有很好的胶粘能力。它主要应用于制作塑料模具、精密量具、电子仪表装置、电气绝缘、印刷线路和制备各种复合材料等。 纳米材料 纳米材料是一种新材料,它是指块体中的颗粒、粉体粒度在10~100nm之间,使其某些性质发生突变的材料。微粒可以是晶体,也可以是非晶体。纳米材料中

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。

聚合物复合材料课后总结

聚合物复合材料课后总结什么是复合材料?这个概念很难说清。由于缺乏严格的定义以及近年来人们用词的随意,模糊了复合材料的概念。关于复合材料有许多种定义。一种定义为:“a mixture of two or more materials that are distinct in composition and form, each being present in significant quantities (e.g., >5%)” (两种或多种不同组成、不同存在形式材料的混合物,各以显著的量存在)。另一定义为:“the union of two or more diverse materials to attain synergistic or superior qualities to those exhibited by individual members”(两种或多种不同材料的结合体,可获得协同的或优于个别材料的质量)。美国ASM的工程材料手册中的定义为:“a combination of two or more materials differing in form or composition on a macroscale. The constituents retain their identities…and can be physically identified.”(两种或多种不同组成、不同存在形式在宏观水平上的结合体。各组分保持各自的特征,并可用物理方法鉴别)。这里“宏观”、“各自特征”是两个关键。不符合这两个关键词的混合物将不被视为复合材料。例如固溶体,是两种材料在原子水平上的混合物,不能算作复合材料。但“宏观”是个什么概念?毫米级还是微米级还是纳米级?橡胶与塑料的混合一般不认为复合材料,原因有二。第一因为橡胶分散相的尺寸在微米级以下,不能视为宏观存在;第二因为橡胶与塑料同属高分子材料,不能视为不同材料的混合。但近年来又出现了“纳米复合材料”,其中有一种是纳米尺寸的无机粒子在塑料中的混合物。纳米尺寸能够称得上“宏观”吗?人们近年来还提出“分子复合材料”,即同系列聚合物棒状分子与线团状分子的混合物。既是分子水平的混合,又是同一种材料,也称为复合材料。但在本书的学习中,我们不必理会复合材料的确切定义,只将讨论的内容限定在ASM规定的材料范围之内。 人类从很早的时期起就认识到将两种或多种材料混合使用的益处。13世纪的蒙古包就是将动物筋、木头和丝用粘合剂粘在一起制成的。在更早的时期,人们就懂得将稻草混入泥巴来盖房子,这一技术直到今日还在我国农村使用。古埃及人已懂得制造轻便坚固的三合板,中世纪的欧洲人用合层的金属片制造盾牌。大自然也创造了不少天然复合材料:如木材、竹子、骨头等。 第二次世界大战期间,诞生了玻璃纤维与聚酯树脂的复合材料。这标志着先进复合材料时代的到来。最早的复合材料被用于制造飞机的门的档板,还用于制造导弹外壳。人们从这种高比强度(强度/密度)、高比刚度(模量/密度)的材料中看到了巨大的前途,开始有意识地开发复合材料,希望能够替代铝和钛等金属。从五十年代起,开始致力于纤维的研制,并开发出高性能的S型玻璃纤维。1963年,硼纤维问世,以后又相继开发出碳纤维、二氧化铍纤维、石墨纤维、芳香尼龙纤维、氧化铝纤维等。纤维可以加入到聚合物基体,也可以加入到金属基体或陶瓷基体,开创出一代高性能的复合材料。为有别于传统的与天然的复合材料,我们称此类材料为先进复合材料。复合材料可以金属、陶瓷、聚合物中任一种材料为基体,可以三种材料中的任一种为增强材料,如图4-1所示。一种复合材料的分类法就是以基体分类,将复合材料分为三大类:金属基复合材料(MMC),陶瓷基复合材料(CMC)和聚合物基复合材料(PMC)。碳材料比较特殊,所以可以单列一类,称为碳基复合材料。本章中我们着重介绍聚合物基复合材料,简单介绍碳基复合材料,陶瓷基和金属基复合材料将放到陶瓷和金属的专章中介绍。

聚合物基复合材料制备方法

摘自课本《聚合物基复合材料》,针对的是聚合物基纳米复合材料的制备方法。 1、溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是最早用来制备纳米复合材料的方法之一。所谓的溶胶-凝胶工艺过程是将前驱物在一定的有机溶剂中形成均质溶液,均质溶液中的溶质水解形成纳米级粒子并成为溶胶,然后经溶剂挥发或加热等处理使溶胶转化为凝胶。溶胶-凝胶中通常用酸、碱和中性盐来催化前驱物水解和缩合,因其水解和缩合条件温和,因此在制备上显得特别方便。根据聚合物与无机组分的相互作用情况,可将其分为以下几类: (1)直接将可溶性聚合物嵌入到无机网络中把前驱物溶解在形行成的聚合物溶液中,在酸、碱或中性盐的催化作用下,让前驱化合物水解,形成半互穿网络。(2)嵌入的聚合物与无机网络有共价键作用在聚合物侧基或主链末端引入能与无机组分形成共价键的基团,就可赋予其具有可与无机组分进行共价交联的优点,可明显增加产品的弹性模量和极限强度。在良好溶解的情况下,极性聚合物也可与无机物形成较强的物理作用,如氢键。 (3)有机-无机互穿网络在溶胶-凝胶体系中加入交联单体,使交联聚合和前驱物的水解与缩合同步进行,就可形成有机-无机同步互穿网络。用此方法,聚合物具有交联结构,可减少凝胶的收缩,具有较大的均匀性和较小的微区尺寸,一些完全不溶的聚合物可以原位生成均匀地嵌入到无机网络中。 溶胶-凝胶法的特点是可在温和条件下进行,可使两相分散均匀,通过控制前驱物的水解-缩合来调节溶胶-凝胶化过程,从而在反应早期就能控制材料的表面与界面性能,产生结构极其精细的第二相。存在的问题是在凝胶干燥过程中,由于溶剂、小分子、水的挥发可能导致材料内部产生收缩应力,从而会影响材料的力学和机械性能。另外,该法所选聚合物必须是溶解于所用溶剂中的,因而这种方法受到一定限制。 2、层间插入法 层间插入法是利用层状无机物(如粘土、云母等层状金属盐类)的膨胀性、吸附性和离子交换功能,使之作为无机主体,将聚合物(或单体)作为客体插入于无机相的层间,制得聚合物基有机-无机纳米复合材料。层状无机物是一维方向上的纳米材料,其粒子不易团聚且易分散,其层间距离及每层厚度都在纳米尺度范

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

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

高分子聚合物的表征方法及常用设备

高分子聚合物的表征方法及常用设备 高分子聚合物的结构形貌分为微观结构形貌和宏观结构形貌。微观结构形貌指的是高分子聚合物在微观尺度上的聚集状态,如晶态,液晶态或无序态(液态),以及晶体尺寸、纳米尺度相分散的均匀程度等。高分子聚合物的的微观结构状态决定了其宏观上的力学、物理性质,并进而限定了其应用场合和范围。宏观结构形貌是指在宏观或亚微观尺度上高分子聚合物表面、断面的形态,以及所含微孔(缺陷)的分布状况。观察固体聚合物表面、断面及内部的微相分离结构,微孔及缺欠的分布,晶体尺寸、性状及分布,以及纳米尺度相分散的均匀程度等形貌特点,将为我们改进聚合物的加工制备条件,共混组份的选择,材料性能的优化提供数据。 高分子聚合物结构形貌的表征方法及设备包括: 1.偏光显微镜(PLM) 利用高分子液晶材料的光学性质特点,可以用偏光显微镜观测不同高分子液晶,由液晶的织构图象定性判断高分子液晶的类型。 2.金相显微镜 金相显微镜可以观测高分子聚合物表面的亚微观结构,确定高分子聚合物内和微小缺陷。体视光学显微镜通常被用于观测高分子聚合物体表面、断面的结构特征,为优化生产过程,进行损伤失效分析提供重要的信息。 3、体视显微镜 使用体视显微镜时需要注意在取样时不得将进一步的损伤引入受观测的样品。使用金相显微镜时,受测样品需要首先在模具中固定,然后用树脂浇铸成圆柱形试样。圆柱的地面为受测面。受测面在打磨、抛光成镜面后放置于金相显微镜上。高分子聚合物亚微观结构形貌的清晰度取决于受测面抛光的质量。 4.X射线衍射 利用X射线的广角或小角度衍射可以获取高分子聚合物的晶态和液晶态组织结构信息。有关内容参见高分子聚合物的晶态和高分子聚合物液晶态栏目。 5.扫描电镜(SEM) 扫描电镜用电子束扫描聚合物表面或断面,在阴极射线管上(CRT)产生被测物表面的影像。对导电性样品,可用导电胶将其粘在铜或铝的样品座上,直接观察测量的表面;对绝缘性样品需要事先对其表面喷镀导电层(金、银或炭)。 用SEM可以观察聚合物表面形态;聚合物多相体系填充体系表面的相分离尺寸及相分离图案形状;聚合物断面的断裂特征;纳米材料断面中纳米尺度分散相的尺寸及均匀程度等有关信息。 6.透射电镜(TEM) 透射电镜可以用来表征聚合物内部结构的形貌。将待测聚合物样品分别用悬浮液法,喷物法,超声波分散法等均匀分散到样品支撑膜表面制膜;或用超薄切片机将高分子聚合物的固态样样品切成50nm薄的试样。把制备好的试样置于透射电子显微镜的样品托架上,用TEM可观察样品的结构。利用TEM可以观测高分子聚合物的晶体结构,形状,

高分子纳米材料及其应用

高分子纳米材料(论文)题目:高分子纳米材料及其应用 化工学院学院高分子材料与工程专业 学号0502110202 学生姓名 指导教师 二〇〇一四年十一月

高分子纳米材料及其应用 摘要:高分子纳米材料是一门新兴并且发展迅速的一门科学。其具有很多独特 的性质,应用前景非常广阔。本文主要介绍了高分子材料的性质,同时介绍了高分子纳米复合材料常见的制备方法及其在各个领域的应用。 关键词:性质;纳米复合材料;制备方法;应用 Abstract: Polymer nano-materials is an emerging and rapidly developing research direction. It has many unique properties and broad application. This paper describes the properties of polymer materials, and also introduced preparation method of the polymer nano-composite materials .The paper also introduces its application in various fields. Key words:Properties; Nano-composite materials; Preparation method; Application 1 引言 纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学。由于纳米材料体系具有许多独 特的性质,应用前景广阔,而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学 反应动力学和表面、界面科学等多种学科,在实际应用和理论上都具有极大的研究价值,所 以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一,被誉为“21世纪最有前途的材料”。[1, 2] 纳米作为一个材料的衡量尺度,其大小为1 nm (纳米) =10~9 m (米),即十亿分之一米, 大约是10个原子的尺度。最初定义的纳米材料仅仅是指1~100 nm 尺度范围的纳米颗粒及 由他们构成的纳米固体和薄膜。目前,在广义上定义的纳米材料是指三维空间尺度里至少有 一维是纳米尺寸或者由它们作为结构基本单元的材料;根据定义按照空间维度可以将纳米材 料分为三类:(1) 维度为零的纳米材料,是指纳米颗粒、原子团簇等三维空间尺度均在纳米 尺寸的材料;(2) 维度为一的纳米材料,是指纳米线、纳米管等三维空间尺度中有两维是纳 米尺度的材料;(3) 维度为二的纳米材料,是指纳米膜、超晶格等三维空间尺度中仅有一维 是纳米级的材料;[3] 2 纳米材料的性质[4, 5] 物质的尺寸一旦与原子尺寸在同一量级时,其表面电子结构和晶体结构就会发生变化, 导致纳米材料会具备一些表面效应、小尺寸效应等优异特性。 (1)量子尺寸效应。量子尺寸效应又称量子限域效应,当粒子尺寸下降到一定程度时,金属 费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级,以及能隙变宽现象均为量子尺寸 效应。材料或物质的物理性质在很多方面都是由材料的电子结构决定的,当材料尺寸小

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] 。

复合材料作业

复合材料作业

玻璃纤维增强陶瓷复合材料的研究进展 摘要:陶瓷复合材料是指用玻璃聚合物或可生物降解聚合物作为基体,玻璃纤维作为增强材料的复合材料。概述了用于陶瓷复合材料的可生物降解的聚合物和玻璃纤维的改性研究进展及其模塑成型的陶瓷复合材料的开发应用现状。 关键词:玻璃纤维,生物降解聚合物,玻璃聚合物,陶瓷复合材料。 玻璃工业的蓬勃发展为人们生产、生活提供了许多性能优良的新型材料。在经济发达国家,玻璃产量早已超过钢铁,且这些材料在各个领域的广泛运用推动了社会的发展。但在人们使用玻璃制品的同时,玻璃废弃物已成为当今主要的环境问题之一。据有关部门统计,目前全球玻璃产量为1亿t,其中30%用于包装,且大多数不具备可降解性。中国每年产玻璃超过600万t。这些玻璃加工成各种制品进入市场后,30%可回收使用,70%用后成为工业和生活垃圾,对地球环境造成严重的危害,且白色污染当前已成为危害环境的世界性公害,严重阻碍了经济和环境的可持续发展。为保护环境,玻璃废弃物的回收再利用及绿色玻璃的研究与开发已成为各国的研究热点。特别在世界很多国家,掀起了一股开发由玻璃纤维增强的陶瓷复合材料的热潮。这种陶瓷复合材料易降解或易生物吸收,与传统复合材料相比具有环境友好和陶瓷优势。根据定义,陶瓷复合材料是指由玻璃纤维增强的、玻璃聚合物基或可生物降解聚合物基的复合材 料。目前,市场上已有很多可生物降解的聚合物基体出售,但这些基体不论物理与化学性能多么独特,都因价格高限制了这些材料的广泛使用。本文主要概述用于陶瓷复合材料的可生物降解聚合物和玻璃纤维的改性研究进展及其模塑成型的陶瓷复合材料的开发应用现状。 一:可生物降解聚合物基体 用于陶瓷复合材料的可生物降解聚合物一般分为三种:生物合成聚合物(Biosynthetic),半生物合成聚合物(Semi-biosynthetic),化学合成聚合物(Chemo-synthetic)。1.1 生物合成聚合物生物合成聚合物是指利用玻璃资源生产的聚合物。淀粉就是最普通的一种玻璃的多羟基聚合物,在引入适量增塑剂(如水、多元醇等)减弱分子间作用力后,能够参照玻璃的加工方法热塑成型。但淀粉的多羟基结构使其具有极强的亲水性,对湿度十分敏感,低湿环境下脱水脆化,高湿环境下吸水丧失固有的力学性能,同时缺乏稳定的回缩性和一定的弹性。由纤维与淀粉制成的复合材料缺乏足够的界面黏合,

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