聚合物增强改性的方法和最新进展.ppt

聚合物增强改性的方法和最新进展 陆莹 聚合物增强粉状填料和增强机理纤维填料和增强机理液晶增强分子复合材料纳米材料增强聚合物基纳米复合材料的制备和特点碳纳米材料增强 如果在聚合基体中加入第二种物质 则形成 复合材料 通过复合来显著提高材料力学强度的作用称为 增强 作用 能够提高聚合物基体力学强度的物质称为增强剂或活性填料 聚合物增强 粉状和纤维填料 按填料的形态 增强材料可以分为粉状和纤维状 粉状填料 粉状填料如木粉 炭黑 轻质二氧化硅 碳酸镁 氧化锌 它们与某些橡胶或塑料复合 可以显著改善其性能 木粉 炭黑 增强机理 可用填料的表面效应解释 粉状填料粒子的活性表面较强烈的吸附聚合物的分子链 形成链间的物理交联 吸附了分子链的这种粒子能起到均匀分布负荷的作用 降低了材料发生断裂的可能性 从而起到了增强的作用 粒子和分子链在界面上的亲和性越好 则结合力越大 增强作用就越明显 纤维填料 最早使用的是各种天然纤维 如棉 麻 丝 毛及其织物 后来发展了玻璃纤维 近年来 又开发了许多特种纤维填料 如碳纤维 石墨纤维 硼纤维 超细金属纤维和单晶纤维 晶须 碳纤维布 纤维填料增强机理 纤维填料在橡胶制品中 主要作为骨架 以帮助承担负荷 通常采用纤维的网状织物 纤维填充塑料增强的原因是依靠其复合作用 即利用纤维的高强度以承受应力 利用基体树脂的塑性流动及其与纤维的粘结性以传递应力 纤维增强复合材料的性能 一 力学性能特点1 比强度高 纤维增强基复合材料的密度为1 4 2 2g cm3 强度却与一般的碳素钢相近 2 各向异性 纤维增强树脂基复合材料的力学性能呈现明显的方向依耐性 是一种各向异性材料 在设计和制造时应尽量在最大外力方向上排布增强纤维 3 弹性模量和层间剪切强度低4 性能分散性大 二 力学性能1 拉伸性能单向增强树脂基复合材料沿纤维方向的拉伸强度及拉伸模量都随纤维体积含量的增大而正比例增加 2 压缩性能提高压缩性能应选用压缩强度较高的树脂基体 3 弯曲性能弯曲破坏首先表现为增强纤维与基体材料界面的破坏 4 剪切性能复合材料的剪切弹性模量随纤维含量增大而上升 5 疲劳性能6 冲击性能纤维含量高 冲击强度提高 疲劳次数增加 冲击强度降低 7 蠕变性能提高材料抗蠕变性能的途径 提高基体材料的交联度 选用碳纤维等能增加制品刚性的增强材料 液晶增强 液晶 结晶固体受热溶解或被溶剂溶解后 表观上虽然失去了固体物质的刚性 变成了具有流动性的液体物质 但是结构上仍然保持着一维或二维的有序排列 形成一种兼有部分晶体和液体的过渡状态 这种过度状态称为液晶态 处在这种状态下的物质就是液晶 与热塑性塑料共混制备高性能复合材料的液晶聚合物一般为热致型主链液晶 在共混物中可形成微纤而起到增强作用 分子复合材料 分子复合材料是指柔性聚合物基体中加入少量 5 10 刚性聚合物作增强剂 并近似单分子形式分散于基体中 最大限度提高基材的物理力学性能 例如尼龙6 聚酰亚胺 尼龙6三嵌段共聚物及尼龙6 聚酰亚胺接枝共聚物 纳米材料增强 纳米材料 指微观结构上至少在一维方向上受纳米尺度 1 100nm 调制的各种固态材料 由于纳米材料特殊结构 产生了几种特殊效应 即纳米尺寸效应 表面界面效应 量子尺寸效应和宏观量子隧道效应 这些纳米效应导致该种新型材料在力学性能 光学性能 磁学性能 化学反应性 熔点蒸汽压 相变温度 烧结以及塑性形变等许多方面具有传统材料不具备的纳米特性 材料的性能特点 1 优异的物理 力学性能具有高强度和高耐热性2 高阻隔及自熄性3 优良的加工性能纳米材料熔体强度低 结晶速度快 熔体粘度低 因此 注塑 挤出 吹塑等加工性能优异 应用广泛 聚合物基纳米复合材料是新型高性能 高功能材料 在航空 汽车 家电 电子 日用品等领域具有广阔的应用前景 聚合物基纳米复合材料制备方法 1 插层复合法是制备聚合物 黏土纳米复合材料的主要方法 2 共混法包括熔融共混 溶液或乳液共混 机械共混等 3 原位聚合或在位分散聚合该法应用在填充 使纳米粒子在单体中均匀分散 然后在一定条件下就地聚合 4 溶胶 凝胶法 纳米粒子本身就是一种优良的催化剂 但易聚结性严重地限制了它们的应用 将纳米粒子和聚合物复合 可以克服这一缺陷 在石油化工领域 目前普遍采用的催化剂多采用化学法制备 催化剂不仅催化效率低 而且对环境造成污染 纳米改性技术出现以后 满足了催化剂在使用时应该具备的高活性 高选择性和高稳定性的要求 而且可以采用物理加载制备方法 减少了对环境的污染 纳米增强聚合物材料展望 由于纳米复合材料具有一系列的优异特性 发展纳米材料和纳米结构的新型产品 具有非常重要的实用价值 同时深入研究纳米复合材料物性与纳米粒子微观结构的内在联系 摸索相应的改性机理