聚合物增强改性的方法和最新进展

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。
• 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。
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
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，对进一步促进微观固体物理学的发展也有 深刻的理论意义。
• 无机纳米粒子改性的聚合物材料在非线性光学材 料、光电转换材料、化学工程、感应、催化等方 面具有许多重要用途，表现出高性能、多功能等 特点，具有广阔的应用前景。
源自文库
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
• 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。
聚合物增强改性的方法 和最新进展
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
聚合物增强
• 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。
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。
• 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。
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。
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。
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
谢谢！
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）。