高聚物的共混与复合材料.ppt
第五章高聚物的共混与复合材料,2，共聚-共混法 接枝共聚-共混、嵌段共聚-共混，前者更为重要。 制备聚合物1后将其溶于另一种单体2中，使单体2聚合并与聚合物发生接枝共聚。聚合物共混物包括三种组分：聚合物1、聚合物2、接枝共聚物。 3，互穿网络高聚物（IPN） 用化学方法将两种或以上的聚合物相互贯穿成交织网络状。 分步型IPN 同步型IPN 互穿网络弹性体 胶乳IPN,（三）形态结构（包括界面层） 1，形态结构的基本类型 1）单相连续结构 2）两相连续结构 3）两相互锁或交错结构 2，聚合物共混物的界面层（过渡区） 界面层有两种类型：两相间存在化学键、两相间无化学键。 界面层形成分两步：先是两相接触，然后两种聚合物大分子链段之间相互扩散。,（四）增容剂 1，种类 增容剂可以专门制备，也可就地生成（原位反应共混） 2，作用原理 非反应型增容剂，应用普遍的是接枝共聚物和嵌段共聚物。 增容作用模型如图示。,反应型增容剂主要是包含一些含有可与共混组分起化学反应的官能团的共聚物，这类增容剂与共混物组分之间形成新的化学键。 反应型增容剂增容包括外加反应型增容剂与共混高聚物组分反应（如PE/PA共混时加入PECOOH）；也包括使共混高聚物官能化，并借助相互反应而增容（如PE羧化后再与PA共混） 主要反应类型有： -COOH+-NH2：如上例 酸酐 -NH2 ：PP/PA6PP-g-MAH 环氧基 -COOH或-NH2：PA6/PPO+含有环氧基的PS 羧基+唑啉基：PS/NBR（带羧基）反应型PS（St+乙烯基唑啉基共聚物）,（五）性能 1，力学性能 混合法则粗略估算：P=1P1+ 2 P2（上限值） P= 1 /P1+ 2 /P2（下限值） 共混物的性能根据共混物的形态结构不同与组分性能的关系不同。 2，Tg：与相容性密切相关 3，弹性模量和力学松驰 弹性模量可用混合法则估算。力学松驰谱变宽。 4，力学强度 5，其它性能，如流变、阻隔等同样与形态结构和相容性密切相关。 （六）主要品种实例 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 发展方向：多元体系共混,第二节聚合物基复合材料一、概述1，复合材料分类,2、复合材料的发展趋势 （1）复合材料的功能化： 固体自润滑材料及耐磨复合材料 复合光敏材料 导电复合材料 阻燃及自熄性复合材料 （2）复合材料的增强 原材料发展方向：其一是选用耐高温树脂，例如聚酰亚胺、聚苯丙咪唑、聚苯氧氮杂茂、聚喹啉并咪唑等；二是使用现在大量生产的热塑性树脂，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、ABS等。前者主要用以生产耐高温复合材料，后者主要制造一般工、农业及生活用品。 填料 （3）成型工艺 （4）应用 3、复合材料复合结构类型 大致分成五种类型,1，网状结构： 2，层状结构： 3，单向结构： 4，分散状结构： 5，锒嵌结构： 二、聚合物基复合材料的类型及特点 1，分类 按聚合物的特性可分为：塑料基复合材料热固性塑料基复合材料 热塑性塑料基复合材料 橡胶基复合材料 根据增强剂可分为：玻纤增强、碳纤增强、粉末填充等 2，特点 1）比强度、比模量大 2）耐疲劳性能好 3）减震性好 4）耐烧蚀性能好,5）工艺性好 6）良好的热性能，如热变形T增加、导热性提高、热膨胀系数降低。 7）良好的电绝缘性能（除C纤维等导电填料） 8）良好的耐化学腐蚀性能 9）良好的耐老化性能 三、聚合物基体 （一）对高聚物的要求 1，良好的综合性能 2，对填料具有很强的粘附力 3，良好的工艺性能 （二）热固性塑料 不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、有机硅等 实例:玻璃钢 （三）热塑性塑料 PE、PP、PVC、PS、ABS、PA、PC、POM、PET、PBT、PPS，大多数用于玻纤增强。,热塑性和热固性的比较 （四）橡胶 常用的橡胶基体有：天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、聚丁二烯橡胶、聚氨酯橡胶等。 橡胶基复合材料主要是用长纤维，包括合成纤维、玻璃纤维、金属纤维。晶须增强的轮胎则主要用于航空工业。 四、增强剂 1，主要品种 1）玻纤：种类很多 根据外形有长纤、短纤、空心纤维等； 根据特性有高强度纤维、高模量纤维、耐高温纤维、耐碱纤维等； 根据化学成分有无碱玻璃纤维、有碱玻璃纤维。 2）碳纤维： 根据性能可分成普通碳纤维、高模量碳纤维、高强度碳纤维等； 根据热处理T分为预氧化纤维（300500）、碳纤维（500,1800）、石墨纤维（2000以上）等。 3）硼纤维及陶瓷纤维：硼纤维强度高、耐高温、弹性模量特别高，但价格昂贵。陶瓷纤维包括碳化硼纤维、氮化硼纤维、氧化锆纤维、碳化硅纤维等。 4）聚芳酰胺纤维（芳纶/Kevlar)：性能好（尤其是冲击性能）、热稳定性高、耐化学腐蚀。 5）其它：晶须（金属晶须、陶瓷晶须）、金属纤维 对于填充改性，还有： 6）无机粉状填料 碳酸盐类，如CaCO3、MgCO3 氧化物类，如TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO、Fe2O3 氢氧化物类，如Al(OH)3、Mg(OH)3 硅酸盐类，如粘土、云母、滑石粉、玻璃微珠、蒙脱石、膨润土 7）有机化合物 纤维状物，如纤维素、花生壳、碎布、黄麻、PP纤维、PA纤维 粉状物，如木粉、淀粉,填料的作用：1）体积效应 2）提高机械性能和热性能 3）赋予新的功能（如MoS2-耐摩、Al(OH)3-阻燃、Fe粉-隔音、黄铜纤维导电） 2，表面处理 先清洁，再用偶联剂处理。 对于C纤维，表面含有C、H、O，O的存在有利于与基体的粘接。为了提高C纤维与聚合物的界面结合力，可采用表面氧化、表面涂层、表面气相沉积、表面生长晶须等措施。 五、聚合物基复合材料的界面 1，界面的形成 两个阶段，基体与增强材料的接触与润湿，界面聚合物的固化。 2，界面结构 包括界面结合力、界面厚度、界面微观结构 界面结合力存在于两相的界面间形成两相间的界面强度并产生复合效果。有宏观和微观之分，宏观结合力主要是指材料的几何因素所产生的机械铰合力。微观结合力包括次价键和化学键。,界面及其附近区域的性能、结构都不同于组分本身，因而形成了所谓的界面区。 界面的微观结构除了粉状填料复合材料外尚不十分清楚。 3，界面作用 1）通过界面区使基体与增强材料形成一个整体，并通过它传递应力。 2）界面的存在阻止裂纹的扩展、减缓应力集中。 3）由于界面的存在，复合材料产生物理性能的不连续、界面摩擦现象等机能效应，使其显示优异性能。 4，界面作用机理（界面发挥作用的微观机理，也称偶联剂作用机理） 1）化学键理论 2）物理吸附理论 3）可变层理论和抑制层理论,4）减弱界面局部应力作用理论 六、聚合物基复合材料的制造成型 热固性塑料基复合材料制造大体包括预浸料的制造、制件的铺层、固化、制件后处理等，各工序所用方法不同形成了许多工艺。 热塑性塑料基复合材料制造主要是注射、模塑。 橡胶基复合材料制造接近于一般橡胶的加工过程。 七、聚合物基复合材料的性能 1，复合效果 组分效果，分为加和效果、相补效果； 结构效果，分为形状效果、取向效果、尺寸效果； 界面效果。 2，弹性模量、强度、冲击等，与填料取向有关,八、聚合物基复合材料的应用 1，宇航和航空 2，造船 3，车辆制造 4，其它，如电器工业、化工、建筑等。 玻纤增强塑料的应用,
