高聚物的共混與復(fù)合材料

關(guān)于高聚物的共混與復(fù)合材料2，共聚-共混法接枝共聚-共混、嵌段共聚-共混，前者更為重要。制備聚合物1后將其溶于另一種單體2中，使單體2聚合并與聚合物發(fā)生接枝共聚。聚合物共混物包括三種組分：聚合物1、聚合物2、接枝共聚物。

3，互穿網(wǎng)絡(luò)高聚物（IPN）用化學(xué)方法將兩種或以上的聚合物相互貫穿成交織網(wǎng)絡(luò)狀。分步型IPN同步型IPN互穿網(wǎng)絡(luò)彈性體膠乳－IPN第2頁,共17頁，2024年2月25日，星期天

（三）形態(tài)結(jié)構(gòu)（包括界面層）1，形態(tài)結(jié)構(gòu)的基本類型

1）單相連續(xù)結(jié)構(gòu)

2）兩相連續(xù)結(jié)構(gòu)

3）兩相互鎖或交錯(cuò)結(jié)構(gòu)2，聚合物共混物的界面層（過渡區(qū)）界面層有兩種類型：兩相間存在化學(xué)鍵、兩相間無化學(xué)鍵。界面層形成分兩步：先是兩相接觸，然后兩種聚合物大分子鏈段之間相互擴(kuò)散。第3頁,共17頁，2024年2月25日，星期天（四）增容劑

1，種類

增容劑可以專門制備，也可就地生成（原位反應(yīng)共混）2，作用原理非反應(yīng)型增容劑，應(yīng)用普遍的是接枝共聚物和嵌段共聚物。增容作用模型如圖示。第4頁,共17頁，2024年2月25日，星期天反應(yīng)型增容劑主要是包含一些含有可與共混組分起化學(xué)反應(yīng)的官能團(tuán)的共聚物，這類增容劑與共混物組分之間形成新的化學(xué)鍵。反應(yīng)型增容劑增容包括外加反應(yīng)型增容劑與共混高聚物組分反應(yīng)（如PE/PA共混時(shí)加入PE－COOH）；也包括使共混高聚物官能化，并借助相互反應(yīng)而增容（如PE羧化后再與PA共混）主要反應(yīng)類型有：-COOH+-NH2：如上例酸酐＋-NH2

：PP/PA6＋PP-g-MAH環(huán)氧基＋-COOH或-NH2：PA6/PPO+含有環(huán)氧基的PS

羧基+唑啉基：PS/NBR（帶羧基）＋反應(yīng)型PS（St+乙烯基唑啉基共聚物）第5頁,共17頁，2024年2月25日，星期天（五）性能1，力學(xué)性能混合法則粗略估算：P=

1P1+

2P2（上限值）

P=

1/P1+

2/P2（下限值）共混物的性能根據(jù)共混物的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同與組分性能的關(guān)系不同。2，Tg：與相容性密切相關(guān)3，彈性模量和力學(xué)松馳彈性模量可用混合法則估算。力學(xué)松馳譜變寬。4，力學(xué)強(qiáng)度5，其它性能，如流變、阻隔等同樣與形態(tài)結(jié)構(gòu)和相容性密切相關(guān)。（六）主要品種實(shí)例PE/EVA、PE/CPE、PE/SBS、PE/PA、PP/PE、PP/PE/EPR、PP/EPR、PP/EPDM、PP/SBS、PP/SBS/BR、PP/PA6、PP/PC、PP/EVA、PP/PPO、PVC/EVA、PVC/CPE、PVC/NBR、ABS/PVC、PS/PPO、PS/PO、PC/ABS、PA/PE、PA/ABS、PA/TPO、PBT/PET、PBT/PC、PBT/PA、PBT/PTFE、PET/EPR………發(fā)展方向：多元體系共混第6頁,共17頁，2024年2月25日，星期天

第二節(jié)聚合物基復(fù)合材料

一、概述

1，復(fù)合材料分類金屬基復(fù)合材料樹脂基熱塑性樹脂基復(fù)合材料熱固性樹脂基復(fù)合材料復(fù)合材料橡膠基復(fù)合材料碳及碳化物基復(fù)合材料非碳基復(fù)合材料高聚物基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料非金屬基復(fù)合材料復(fù)合材料第7頁,共17頁，2024年2月25日，星期天2、復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)（1）復(fù)合材料的功能化：固體自潤(rùn)滑材料及耐磨復(fù)合材料復(fù)合光敏材料導(dǎo)電復(fù)合材料阻燃及自熄性復(fù)合材料（2）復(fù)合材料的增強(qiáng)原材料發(fā)展方向：其一是選用耐高溫樹脂，例如聚酰亞胺、聚苯丙咪唑、聚苯氧氮雜茂、聚喹啉并咪唑等；二是使用現(xiàn)在大量生產(chǎn)的熱塑性樹脂，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、尼龍、ABS等。前者主要用以生產(chǎn)耐高溫復(fù)合材料，后者主要制造一般工、農(nóng)業(yè)及生活用品。填料（3）成型工藝（4）應(yīng)用3、復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)類型大致分成五種類型第8頁,共17頁，2024年2月25日，星期天1，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：2，層狀結(jié)構(gòu)：3，單向結(jié)構(gòu)：4，分散狀結(jié)構(gòu)：5，鋃嵌結(jié)構(gòu)：二、聚合物基復(fù)合材料的類型及特點(diǎn)1，分類按聚合物的特性可分為：塑料基復(fù)合材料熱固性塑料基復(fù)合材料熱塑性塑料基復(fù)合材料橡膠基復(fù)合材料根據(jù)增強(qiáng)劑可分為：玻纖增強(qiáng)、碳纖增強(qiáng)、粉末填充等2，特點(diǎn)1）比強(qiáng)度、比模量大2）耐疲勞性能好3）減震性好4）耐燒蝕性能好第9頁,共17頁，2024年2月25日，星期天5）工藝性好6）良好的熱性能，如熱變形T增加、導(dǎo)熱性提高、熱膨脹系數(shù)降低。7）良好的電絕緣性能（除C纖維等導(dǎo)電填料）8）良好的耐化學(xué)腐蝕性能9）良好的耐老化性能三、聚合物基體（一）對(duì)高聚物的要求1，良好的綜合性能2，對(duì)填料具有很強(qiáng)的粘附力3，良好的工藝性能（二）熱固性塑料不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂、有機(jī)硅等

實(shí)例:玻璃鋼（三）熱塑性塑料

PE、PP、PVC、PS、ABS、PA、PC、POM、PET、PBT、PPS，大多數(shù)用于玻纖增強(qiáng)。第10頁,共17頁，2024年2月25日，星期天

熱塑性和熱固性的比較

（四）橡膠常用的橡膠基體有：天然橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、聚丁二烯橡膠、聚氨酯橡膠等。橡膠基復(fù)合材料主要是用長(zhǎng)纖維，包括合成纖維、玻璃纖維、金屬纖維。晶須增強(qiáng)的輪胎則主要用于航空工業(yè)。四、增強(qiáng)劑1，主要品種1）玻纖：種類很多根據(jù)外形有長(zhǎng)纖、短纖、空心纖維等；根據(jù)特性有高強(qiáng)度纖維、高模量纖維、耐高溫纖維、耐堿纖維等；根據(jù)化學(xué)成分有無堿玻璃纖維、有堿玻璃纖維。2）碳纖維：根據(jù)性能可分成普通碳纖維、高模量碳纖維、高強(qiáng)度碳纖維等；根據(jù)熱處理T分為預(yù)氧化纖維（300－500）、碳纖維（500第11頁,共17頁，2024年2月25日，星期天－1800）、石墨纖維（2000以上）等。3）硼纖維及陶瓷纖維：硼纖維強(qiáng)度高、耐高溫、彈性模量特別高，但價(jià)格昂貴。陶瓷纖維包括碳化硼纖維、氮化硼纖維、氧化鋯纖維、碳化硅纖維等。4）聚芳酰胺纖維（芳綸/Kevlar)：性能好（尤其是沖擊性能）、熱穩(wěn)定性高、耐化學(xué)腐蝕。5）其它：晶須（金屬晶須、陶瓷晶須）、金屬纖維對(duì)于填充改性，還有：6）無機(jī)粉狀填料碳酸鹽類，如CaCO3、MgCO3氧化物類，如TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO、Fe2O3

氫氧化物類，如Al(OH)3、Mg(OH)3硅酸鹽類，如粘土、云母、滑石粉、玻璃微珠、蒙脫石、膨潤(rùn)土7）有機(jī)化合物纖維狀物，如纖維素、花生殼、碎布、黃麻、PP纖維、PA纖維粉狀物，如木粉、淀粉第12頁,共17頁，2024年2月25日，星期天填料的作用：1）體積效應(yīng)

2）提高機(jī)械性能和熱性能

3）賦予新的功能（如MoS2-耐摩、Al(OH)3-阻燃、Fe粉-隔音、黃銅纖維－導(dǎo)電）2，表面處理先清潔，再用偶聯(lián)劑處理。對(duì)于C纖維，表面含有C、H、O，O的存在有利于與基體的粘接。為了提高C纖維與聚合物的界面結(jié)合力，可采用表面氧化、表面涂層、表面氣相沉積、表面生長(zhǎng)晶須等措施。五、聚合物基復(fù)合材料的界面1，界面的形成兩個(gè)階段，基體與增強(qiáng)材料的接觸與潤(rùn)濕，界面聚合物的固化。2，界面結(jié)構(gòu)包括界面結(jié)合力、界面厚度、界面微觀結(jié)構(gòu)界面結(jié)合力存在于兩相的界面間形成兩相間的界面強(qiáng)度并產(chǎn)生復(fù)合效果。有宏觀和微觀之分，宏觀結(jié)合力主要是指材料的幾何因素所產(chǎn)生的機(jī)械鉸合力。微觀結(jié)合力包括次價(jià)鍵和化學(xué)鍵。第13頁,共17頁，2024年2月25日，星期天界面及其附近區(qū)域的性能、結(jié)構(gòu)都不同于組分本身，因而形成了所謂的界面區(qū)。界面的微觀結(jié)構(gòu)除了粉狀填料復(fù)合材料外尚不十分清楚。3，界面作用1）通過界面區(qū)使基體與增強(qiáng)材料形成一個(gè)整體，并通過它傳遞應(yīng)力。2）界面的存在阻止裂紋的擴(kuò)展、減緩應(yīng)力集中。3）由于界面的存在，復(fù)合材料產(chǎn)生物理性能的不連續(xù)、界面摩擦現(xiàn)象等機(jī)能效應(yīng)，使其顯示優(yōu)異性能。4，界面作用機(jī)理（界面發(fā)揮作用的微觀機(jī)理，也稱偶聯(lián)劑作用機(jī)理）1）化學(xué)鍵理論

2）物理吸附理論

3）可變層理論和抑制層理論

第14頁,共17頁，2024年2月25日，星期天

4）減弱界面局部應(yīng)力作用理論

六、聚合物基復(fù)合材料的制造成型熱固性塑料基復(fù)合材料制造大體包括預(yù)浸料的制造、制件的鋪層、固化、制件后處理等，各工序所用方法不同形成了許多工藝。熱塑性塑料基復(fù)合材料制造主要是注射、模塑。橡膠基復(fù)合材料制造接近于一般橡膠的加工過程。七、聚合物基復(fù)合材料的性能1，復(fù)合效果組分效果，分為加和效果、相補(bǔ)效果；結(jié)構(gòu)效果，分為形狀效果、取向效果、尺寸效果；界面效果。2