有机基体

有机基体

前言：

基体基本上按原材料的类别区分，即高聚物(树脂)基、金属基、陶瓷基、玻璃与玻璃陶瓷基、碳基(包括石墨基)和水泥基等。

其中高聚物(树脂)基又可分热固性高聚物基(如环氧树脂、不饱和聚酯和聚酰亚胺等)和热塑性高聚物基(如各种通用型塑料以及聚醚酚、聚苯硫醚、聚醚醚酮等高性能品种)。高聚物(树脂)基体在复合材料中应用很广泛，其工艺成熟，尤其是热固性高聚物使用历史长，但一般只能在300℃以下使用。金属基体常用的有Al、Mg、Ti等，高温合金和难熔金属也在试用中。它们的使用温度范围为400～1100℃，但工艺尚不成熟。玻璃与陶瓷基体仍处在试验阶段，工艺很不成熟，但由于使用温度范围为600～1400℃，是很有吸引力的。碳(石墨)基体使用温度在有抗氧化措施的条件下可超过2000℃。水泥基体用于复合材料历史较短，但可望成为用量很大的基体。

正文：

有机基体的应用进展

1. 有机基体在复合材料中的应用

关于复合材料的制备工艺，L-【引等采用高速剪切工艺诱导碳纳米管在树脂中均匀分散，使复合材料的弹性模量、拉伸强度等都有所提高：鹿海军等’通过普通搅拌和高速剪切2种分散工艺制备了有机基体／蒙脱土纳米复合材料，结果证明通过高速剪切分散后复合材料的力学性能明显提高。郭建君等选用2种耐高温多官能团有机机体TDE一85和AG一80为基体，T300碳纤维为增强体制备了复合材料单向板，纤维体积分数为60％。实验测得TDE 一85树脂基体复合材料单向板的弯曲模量为74．26 GPa，弯曲强度为1061．4 MPa，层间剪切强度(LSS)为54．05 MPa：AG一80树脂基体合材料单向板弯曲模量为55．73 GPa，弯曲强度为840．52 MPa，层间剪切强度为44．84 MPa。前者的弯曲强度、弯曲模量与剪切强度均高出后者，且TDE一85树脂基与碳纤维界面结合比较紧密。刘玲等将不同管径(10～1O0 nm)的多壁碳纳米管(MW CNTs)填加到环氧618与环氧6360的混合物中，经过搅拌分散、除气泡、浇注，并固化成型，研究了复合料的力学性能。

将有机基体同炭黑及二氧化硅在2一丁氧基乙基乙酸乙酯中均匀混合，加入异佛尔酮二异氰酸酯，搅拌，研磨，并将制备的复合材料涂到透明薄膜上，固化。经放置、释放残余热应力，结果发现，复合材料的导电性受炭黑用量的影响。当炭黑用量低于阈值时，孤

立的炭黑颗粒被绝缘的聚合物所包缚，材料中没有形成导电通路，电导率较低；当炭黑用量高于阈值时，炭黑颗粒数量增加，间距变小，电子隧道效应增强，材料中形成了导电网络，因而电导率增加。曹素芝等”利用高速剪切分散工艺将碳纳米管分散于有机基体基体中制备碳纳米管，有机机体复合材料，研究了剪切时间和碳纳米管加入量对复合材料导电性能的影响。结果表明，碳纳米管加入量为3％时，复合材料表面电阻率降至10 Q，达到了抗静电要求。剪切速率一定时，复合材料表面电阻率随剪切时间的增加而降低，但当剪切时间超过10 min，对导电性能的影响不再明显：随着碳纳米管加入量的增加，复合材料电导率提高，当质量分数高于10％时，电导率的变化趋于平缓。

有机基体的增韧改性

由于纯有机基体具有高度交联结构，因而存在质脆、抗冲击韧性差等缺点，使其应用受到一定限制，因此对有机基体的增韧改性一直是研究的热门课题⋯黄洁”等通过拉伸试验考查了分别使用柔性环氧、增韧剂、长链聚酰胺等几种增韧途径对涂料韧性的影响。结果表明，长链聚酰胺的掺入量是影响断裂伸长率的最重要因素，柔性有机机体是影响拉伸强度的最重要因素。通过弯曲试验，最终确定采用添加柔性环氧的增韧方式。王浩”等以氰酸酯／有机机体体系为基体，碳纤维(T700SC一12K)为增强材料，采用热塑性树脂聚砜制成胶膜作为“离位”增韧层，制备了复合材料层压板。结果表明，在40℃时，氰酸酯／有机基体体系有较长的适用期及很好的工艺操作性。T。为200℃时，浇注体的力学性

能优良。采用热塑性树脂作为“离位”增韧层，体系出现了相反转结构，复合材料的CAI 值从180 MPa增加到260 MPa，增韧效果显著。在低温应用中，由于普通环氧的脆性，当遇外力时，会造成缺陷区扩展和裂纹蔓延，最终导致材料破坏。特别在极低温下，环氧体系的分子链冻结，再加上存在热应力，使情况变的更为复杂。为了探索环氧的增韧途径，F．J．Mcga rry等使用CTBN增韧环氧，获得了有机机体为连续相、橡胶颗粒为分散相的特殊结构，其力学性能得到了一些改善。蒋玉梅”等合成了联苯型液晶聚氨酯(LCPU)，作为增韧剂对有机基体增韧改性。结果表明，LCPU的加入可使

LCPU／EP复合材料的冲击强度提高2～3倍，弯曲强度增加了40％～60％，拉伸强度也有不同程度的提高，改性

体系呈现出明显的韧性断裂特征。材料的T 、贮能模量和橡胶模量也有很大程度的提高，热性能也得到改善。纳米粒子具有较小的尺寸和较大的比表面积，能与有机机体的极性基团形成大于范德华力的作用力，引发微裂纹、吸收能量的作用较强，可在增韧的同时提高树脂的贮能模量和热变形温度。郑福臣”等采用纳米SiO 对树脂进行增韧处理，测量结果显示，

由于材料致密度提高，使RAL230有机机体在低温下的力学性能得到改善。碳纳米管(CNTs)是新型的准一维功能材料，具有很大的长径比、超高的强度和模量，韧性好。其杨氏模量可达1．0TPa以上，比一般的碳纤维高一个数量级，大约为钢的1 O0倍；拉伸强度达(45±7)GPa，是高强钢的20倍；具有很好的柔韧性，最大弯曲角度超过1 10。，是复合材料的优秀改性剂和理想的功能、增强材料。其超强的力学性能和热稳定性可以极大地改善聚合物基复合材

料的强度和韧性。谷红波”。等制备了多壁碳纳米管／有机机体复合材料，对其性能测试结果表明，经过化学酸

化处理后的MW CNTs在复合材料中的分散性得到了改善，力学性能也有明显提高。熊磊”等利用偶联剂KH550对多壁碳纳米管(MW CNTs)进行化学修饰，并制备了MW CNTs／有机机体纳米复合材料。添加MW CNTs能够使有机机体基体的冲击强度、弯曲强度及弯曲模量得到提高。当添加量达到O 5％时，复合材料综合力学性能最好，冲击强度提高了85．3％，弯曲强度高了21．6％，体系由典型的脆性断裂转化为韧性断裂。

有机基体在吸波领域的应用

在吸波领域，用有机基体作为吸波粉体的载体，是减轻吸波材料自重、提高其力学性能的有效手段。文献研究了复合材料在微波频段的吸波性能和对环氧聚合物力学性能的影响。采用波导同轴法测试了复合材料在3．9～12．4 GHz的吸收曲线，并测试了拉伸性能。结果表明，不同管径的MW CNTs在微波频段均有较好的吸收性能。沈曾民等用竖式炉流动法制备出外径4O～70 nm、内径7～10 nm、长度50—1000 LJ m，呈直线型的碳纳米管，并用化学镀法在碳纳米管表面镀上一层均匀的金属镍。他们将镀镍碳纳米管与601有机机体混合，以聚酰胺为固化剂，有机机体和聚酰胺的配比为1O0：35，混合均

匀后涂覆于2 mm厚的铝板上，制成吸波涂层。吸波性能测试结果显示，碳纳米管吸波涂层在厚度为0．97 mm时，最大吸收峰在1 1．4 GHZ(R=一22．89 dB)，R<一10dB的频宽为3．O GHz；R<一5 dB的频宽为4．7 GHz。镀镍碳纳米管吸波涂层在相同厚度下，最大吸收峰在14 GHz(R=一1 1．85 dB)，R<一10 dB的频宽为2．23 GHz，R<-5dB的频宽为4．6 GHz。碳纳米管表面镀镍后虽然吸收峰值变小，但吸收峰有宽化的趋势，这种趋势对提高材料的吸波性能是有利的。

杜波等”采用K0H活化处理后的碳纳米管进行化学镀钴，然后均匀分散在有机机体中制成复合材料。用弓型法测量在2．0～18．0 GHz频段内的雷达吸波性能。结果表明，碳纳米管表面镀Co后，其磁性能和导电性能得到了明显改善。复合材料的吸收峰成功地移至X波段，