高分子复合材料现状及发展趋势

精品文档 1欢迎下载 高分子复合材料现状及发展趋势高分子复合材料现状及发展趋势 80902168090216 王健敏王健敏 摘要摘要 本文概述了高分子复合材料近年来的最新发展状况以及未来 的发展趋势 针对不同的高分子复合材料 文章分别简要概括了液 晶高分子复合材料 纳米高分子复合材料以及导热高分子复合材料 这三种目前发展最为迅猛的高分子复合材料各自的发展状况 通过 相关文献所报导的对于复合机理或者是具体应用上的报导 可以得 知高性能 高功能 合金化 精细化 智能化的高分子复合材料是 未来材料发展的主要方向之一 关键词关键词 液晶高分子复合材料 纳米高分子复合材料 导电高分子 复 合材料 21 世纪是科技迅猛发展的时代 随着科学技术的发展 人们对 聚合物材料的应用性能的要求日益提高 仅由合成法制备新的聚合 物越来越难以满足要求的应用性能 而高分子复合材料所表现出来 的优异性能引起了科学家的极大关注 高性能 高功能 合金化 精细化 智能化的高分子复合材料将在 21 世纪发挥出巨大的作用和 无限的生命力 目前 高分子复合材料主要有高分子液晶复合材料 高分子纳米复合材料等 另外由于导热高分子复合材料的用途广泛 及应用价值巨大 因此将它单独列为一类 随着科学技术的发展 这几类高分子复合材料都得到了长足的发展 下面将分别介绍各种 高分子复合材料的发展状况 1 1 高分子液晶复合材料 高分子液晶复合材料 精品文档 2欢迎下载 自从1888年奥地利植物学家F Reinitzer在合成苯甲酸胆甾醇 时发现了液晶后 1 人们对液晶材料的探索就从未停止 在1966年 Dopont公司首次使用各向异性的向列态聚合物溶液制出商品纤维 Fi2bre B后 高分子液晶走向了工业化道路 至本世纪 高分子液 晶的研究已成为高分子学科发展的一个重要方向 液晶高分子当前 的发展趋势是 降低成本 发展液晶高分子原位材料 开发新的成 型加工技术和新品种 发展功能液晶高分子材料 目前 关于热致 液晶高分子的原位复合是液晶高分子复合领域的一大热点 原位复合材料是以热塑性树脂为基体 热致液晶高分子为增强 剂 利用热致液晶聚合物易于自发取向成纤维或带状结构的特点 在共混熔融后拉伸或注射成型时 体系中的分散相TLCP 在合适的应 力作用下取向形成微纤结构 由于刚性分子链有较长的松弛时间 在 熔体冷却时能被有效地冻结或保存在T P 基体中 从而形成一种自 增强的微观复合材料 即热致液晶原位复合材料 2 热致液晶高分 子 TLCP 具有高强度 高模量和自增强性能 杰出的耐高温和冷 热交变性能 优异的阻燃性 耐腐蚀性 耐磨性 阻隔性和成型加 工性能 线胀系数和摩擦系数小 尺寸稳定性高 抗辐射 耐微波 综合性能十分优异 被誉为超级工程材料 据相关报道 由于碳纳米管 CNT 具有卓越的力学 热学 电学等理化性能 因而广泛用于高分子复合材料改性 由于长径比 较大 只需添加极少的 CNT 就可以显著改善高分子基体的性能 3 国内外学者对以各种聚合物为基体的 CNT 聚合物纳米复合材料 精品文档 3欢迎下载 进行了广泛的研究 吕建 4 等研究了 TLCP 用量对 UP GF TLCP 复合材料的磨损性能 流变性能和材料表面电阻和体积电阻的影响 宁平 5 等通过液晶聚合物 TLCP 对 PA6进行改性 使其在加工过程中 形成原位复合材料 同时为了改善液晶聚合物与 PA6的相容性 还加 入了相容剂 实验证明 在 PA6 TL CP 复合材料中 液晶聚合物的加 入使复合材料的拉伸强度 冲击强度 弯曲强度以及热变形温度都 有提高而吸水率下当 TLCP 质量分数为4 时 PA6 TLCP 复合材料综合 性能最好 液晶高分子复合材料在近几年有了很大的发展 随着高分子液 晶的理论日臻完善 其应用日益广泛 人们不仅开发了大量的高强 高模以及具有显示和信息存储功能的高分子液晶材料 同时还在不断 探索在其他领域的应用 可以肯定 作为一门交叉学科 高分子液晶 材料科学必将在高性能结构材料 信息记录材料 功能膜及非线性 光学材料等方面发挥越来越重要的作用 2 2 高分子纳米复合材料高分子纳米复合材料 高分子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 当今新的复合材料品种很多 而高分子纳米复合材料是新型材料发展的重点 它已成为当前材料 科学研究的热点和前沿课题 在高新技术制品领域被称为21世纪最 有前途的材料 是21 世纪经济增长的发动机 目前高分子纳米复合 材料在碳纳米管 高分子复合材料 纳米粒子对聚合物改性等方面有 了很大进展 精品文档 4欢迎下载 顾玲玲 6 等报道了碳纳米管 高分子复合物的制备方法及制备 过程中两者相互作用以及该作用对于碳纳米管和高分子带来的性质 上的影响 复合物较其单独的组分具有更优良的性质 如导电性 热稳定性 光电效应等 碳纳米管 高分子复合物在超电容器 有 机电致发光器件 太阳能电池 光限辐材料 生物传感器 分子记忆 器件等方面具有重要的潜在应用价值 汪多仁 7 报导了在环氧树脂 和聚酯中添加纳米SiO2或TiO2形成复合材料的方法及其性能 研究表 明将纳米SiO2 加入到环氧树脂中 经共混生成极高硬度的类金刚石 材料 利用适当尺寸的SiO2 可以设计特殊功能的玻璃钢 使介电常 数提高1倍 SiO2在一些树脂基薄膜中不但能使强度加大 而且其防 水性能是常规薄膜的1 5倍 在聚酯切片中加入纳米SiO2 T iO2 后 制得的复合材料 可制备红外屏蔽 抗紫外辐射 高介电绝缘和静 电屏蔽的功能性纤维材料 它在国防工业中具有重要的应用价值 主要有红外屏蔽纤维 防紫外辐射纤维 高介电纤维和静电屏蔽纤 维 陶国良 8 等提出了用纳米TiO2 粒子填充PP 材料的方案 实验 表明这可以明显改善PP的抗冲性能 目前国内外关于纳米高分子的 研究十分火热 涉及掺杂机理 改性原理的基础研究又包括具体掺 加方案等应用研究 3 导热高分子复合材料导热高分子复合材料 随着工业生产和科学技术的迅速发展 人们对导热材料提出了更 新 更高的要求 除导热性外 希望材料具有优良的综合性能如质 轻 易工艺化 力学性能优异 耐化学腐蚀等 而且由于现代信息 精品文档 5欢迎下载 产业的快速发展 对于电子设备具有超薄 轻便 数字化 多功能 化 网络化方向发展寄予很高的期望 导热高分子复合材料具有优 良的综合性能 如耐化学腐蚀 耐高温 优异的电绝缘性等 因而 人们逐渐用其来代替传统金属材料 导热高分子复合材料的研究与 开发在20世纪90年代开始成为功能性复合材料的研究热点之一 特 别是日本把 开发可成型的导热性高分子绝缘材料 列为功能高分 子的首选课题 随后日本 美国等国家相继有50余项发明专利申请 9 今年来对高分子导热复合材料的研究更是火热 且已取得显著 的成就 首先是对导热机理有了更深刻的认识 各种导热模型层出 不穷 如先后出现了Bruggeman Maxell Eucken Ziebland Cheng Vocken Nielsen 模型等 随后又出现 了 Y Agari 等 10 11 提出了一种新的模型 认为在那些填充体系中 若所有填充粒子聚集形成的传导块与聚合物传导块在热流方向上是 平行的 则材料的热导率最高 若是垂直的 则材料的热导率最低 而王亮亮 12 等则提出了一种 计算型 模型 逐步平均法 利用 有限元分析做出了较为理想的预测 在导热高分子复合材料应用上的研究也取得了很大的进步 在 导热橡胶方面 浙江大学益小苏等 13 用AlN粒子填充聚酰亚胺 其 热导率达到0 8 W m K 朱毅 14 将预处理过的铜粉 抗氧化 抗团 簇处理 加入到硅橡胶中制得高性能片状热接口材料 该材料的热导 率达到1 6 1 7 W m K 而在导电PE上 同样发展迅猛 汪雨荻 精品文档 6欢迎下载 等 15 在PE 中填充AlN 并考察其导热性能 得到了导热系数达到 2 44W m K 张兴军等 16 为提高PE LLD 材料的导热性能 利用 钛酸酯偶联剂 NDZ 105 对AlN 粉进行表面处理后 用粉末共混法制 备了PE LLD AlN 导热复合材料 材料的热导率为0 8834 W m K 约为纯PE LLD的3倍 导热高分子复合材料从基础理论到产品开发等各方面都是高分 子材料研究的重要内容之一 目前已经有很多科研人员在高分子材 料的导热理论模型和导热机理方面做出了贡献 但普适性的理论模型 和机理还没有出现 应用开发等方面的研究远不如导电材料研究深 入 还有待于更深一步的研究 4 4 结语结语 高性能 高功能 合金化 精细化 智能化的高分子复合材料 所表现出来的优异性能决定了其必然会在21世纪展现出强大的市场 竞争力与无限的生命力 随着各种检测手段及模拟技术的发展 对 高分子复合材料已不再是只能通过大量实验盲目试探了 由于复合 机理的发展 目前可以做到根据要求 在一定模拟技术下就可设计 的程度 但是尽管科研人员提出了各种机理和摸拟手段 却还没有 出现普适性的机理或者模拟技术 这也给实际生产带来了一定的困 难 因此普适性的机理以及更加优异的制备工艺成为了以后工作的 重点 参考文献 参考文献 1 杨振 陈佑宁 五种新型高分子液晶研究进展及应用前景 J 应 精品文档 7欢迎下载 用化工 2006 1 35 1 2 杨朝明 热致液晶高分子 热塑性树脂原位复合材料的研究进展 J 化工新型材料 2010 538 5 3 黄彩霞 方立明 沈德勇 苏志锋 陈晓峰 多壁碳纳米管 热致液晶 高分子复合材料的加工及性能研究 J 高分子材料科学与工 程 2009 11 25 4 吕建 徐灯 卢炽华 于贤保 韦春 UP GF TLCP 原位混杂复合 材 料的性能研究 J 塑料工业 2007 35 4 5 宁平 俞飞 王维 孔令光 PA6 TLCP POE g MAH 原位复合材料的 制备与性能 J 合成材料老化与应用 2011 01 6顾玲玲 陈林楹 何楠 庄小东 碳纳米管 高分子复合材料的制备 及应用研究进展 J 高分子材料科学与工程 2009 11 25 11 7 汪多仁 纳米材料在高分子材料中的应用 J 塑料助 剂 2001 1 8 10 8 陶国良 侯寅 任明 纳米TiO2 PP复合材料的研究 J 塑料工 业 2002 30 1 1 6 9 李侃社 王琪 导热高分子材料研究进展 J 功能材料 2002 33 2 136 144 10 Agari Y et al Appl Polym Sci 1993 49 9 1 625 1 634 精品文档 8欢迎下载 11 Agari Y et al Appl Polym Sci 1991 42 6 665 669 12 王亮亮 工程塑料应用 2003 31 9 70 73 13 Xie S H Zhu B K Li J B et al Preparation and properties of polyim