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高分子复合材料现状及发展趋势
发布人: 和记娱h88 来源: 和记娱乐官方网登录注册 发布时间: 2020-09-29 19:28

  高分子复合材料现状及发展趋势_材料科学_工程科技_专业资料。高分子复合材料现状及发展趋势 8090216 王健敏 摘要: 本文概述了高分子复合材料近年来的最新发展状况以及未来的 发展趋势。针对不同的高分子复合材料,文章分别简要概括了液晶高 分子复合材料、 纳

  高分子复合材料现状及发展趋势 8090216 王健敏 摘要: 本文概述了高分子复合材料近年来的最新发展状况以及未来的 发展趋势。针对不同的高分子复合材料,文章分别简要概括了液晶高 分子复合材料、 纳米高分子复合材料以及导热高分子复合材料这三种 目前发展最为迅猛的高分子复合材料各自的发展状况。 通过相关文献 所报导的对于复合机理或者是具体应用上的报导,可以得知高性能、 高功能、合金化、精细化、智能化的高分子复合材料是未来材料发展 的主要方向之一。 关键词:液晶高分子复合材料、纳米高分子复合材料、导电高分子复 合材料 21 世纪是科技迅猛发展的时代,随着科学技术的发展,人们对 聚合物材料的应用性能的要求日益提高, 仅由合成法制备新的聚合物 越来越难以满足要求的应用性能, 而高分子复合材料所表现出来的优 异性能引起了科学家的极大关注。 高性能、 高功能、 合金化、 精细化、 智能化的高分子复合材料将在 21 世纪发挥出巨大的作用和无限的生 命力。目前,高分子复合材料主要有高分子液晶复合材料、高分子纳 米复合材料等。 另外由于导热高分子复合材料的用途广泛及应用价值 巨大,因此将它单独列为一类。随着科学技术的发展,这几类高分子 复合材料都得到了长足的发展, 下面将分别介绍各种高分子复合材料 的发展状况。 1、高分子液晶复合材料 自从1888年奥地利植物学家F. Reinitzer在合成苯甲酸胆甾醇时发 现了液晶后[1] , 人们对液晶材料的探索就从未停止。在1966年Dopont 公司首次使用各向异性的向列态聚合物溶液制出商品纤维——Fi2bre B后,高分子液晶了工业化道。至,高分子液晶的研究已 成为高分子学科发展的一个重要方向。液晶高分子当前的发展趋势 是:降低成本;发展液晶高分子原位材料;开发新的成型加工技术和 新品种;发展功能液晶高分子材料。目前,关于热致液晶高分子的原 位复合是液晶高分子复合领域的一大热点。 原位复合材料是以热塑性树脂为基体, 热致液晶高分子为增强 剂, 利用热致液晶聚合物易于自发取向成纤维或带状结构的特点, 在 共混熔融后拉伸或注射成型时, 体系中的分散相TLCP 在合适的应力 作用下取向形成微纤结构, 由于刚性分子链有较长的松弛时间,在熔 体冷却时能被有效地冻结或保存在T P 基体中, 从而形成一种自增强 的微观复合材料, 即热致液晶原位复合材料 [2] 。热致液晶高分子 ( TLCP) 具有高强度、高模量和自增强性能, 杰出的耐高温和冷热交 变性能, 优异的阻燃性、耐腐蚀性、耐磨性、阻隔性和成型加工性能, 线胀系数和摩擦系数小, 尺寸稳定性高, 抗辐射、耐微波、综合性能 十分优异, 被誉为超级工程材料。 据相关报道,由于碳纳米管( CNT ) 具有卓越的力学、热学、电 学等理化性能, 因而广泛用于高分子复合材料改性, 由于长径比较大, 只需添加极少的 CNT, 就可以显著改善高分子基体的性能[3] ,国内 外学者对以各种聚合物为基体的 CNT /聚合物纳米复合材料进行了广 泛的研究。 吕建[4]等研究了 TLCP 用量对 UP/ GF / TLCP 复合材料的 磨损性能、流变性能和材料表面电阻和体积电阻的影响;宁平[5]等通 过液晶聚合物(TLCP)对 PA6进行改性,使其在加工过程中形成原位复 合材料,同时为了改善液晶聚合物与 PA6的相容性,还加入了相容剂。 实验证明,在 PA6/TL-CP 复合材料中,液晶聚合物的加入使复合材料的 拉伸强度、冲击强度、弯曲强度以及热变形温度都有提高而吸水率下 当 TLCP 质量分数为4%时,PA6/TLCP 复合材料综合性能最好。 液晶高分子复合材料在近几年有了很大的发展, 随着高分子液晶 的理论日臻完善,其应用日益广泛,人们不仅开发了大量的高强、高模 以及具有显示和信息存储功能的高分子液晶材料,同时还在不断探索 在其他领域的应用。可以肯定,作为一门交叉学科,高分子液晶材料科 学必将在高性能结构材料、信息记录材料、功能膜及非线性光学材料 等方面发挥越来越重要的作用。 2、高分子纳米复合材料 高分子纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各 种方式复合成型的一种新型复合材料。当今新的复合材料品种很多, 而高分子纳米复合材料是新型材料发展的重点, 它已成为当前材料 科学研究的热点和前沿课题, 在高新技术制品领域被称为21世纪最 有前途的材料, 是21 世纪经济增长的发动机。目前高分子纳米复合 材料在碳纳米管/高分子复合材料、纳米粒子对聚合物改性等方面有 了很大进展。 顾玲玲[6] 等报道了碳纳米管/ 高分子复合物的制备方法及制备 过程中两者相互作用以及该作用对于碳纳米管和高分子带来的性质 上的影响。复合物较其单独的组分具有更优良的性质, 如导电性, 热 稳定性, 光电效应等。碳纳米管/ 高分子复合物在超电容器, 有机电 致发光器件, 太阳能电池,光限辐材料, 生物传感器, 分子记忆器件等 方面具有重要的潜在应用价值。汪多仁[7]报导了在环氧树脂和聚酯中 添加纳米SiO2或TiO2形成复合材料的方法及其性能,研究表明将纳米 SiO2 加入到环氧树脂中, 经共混生成极高硬度的类金刚石材料。 利用 适当尺寸的SiO2 可以设计特殊功能的玻璃钢, 使介电提高1倍。 SiO2在一些树脂基薄膜中不但能使强度加大, 而且其防水性能是常规 薄膜的1.5倍, 在聚酯切片中加入纳米SiO2( T iO2) 后制得的复合材料, 可制备红外屏蔽、抗紫外辐射、高介电绝缘和静电屏蔽的功能性纤维 材料, 它在国防工业中具有重要的应用价值, 主要有红外屏蔽纤维、 防紫外辐射纤维、高介电纤维和静电屏蔽纤维。陶国良[8]等提出了用 纳米TiO2 粒子填充PP 材料的方案, 实验表明这可以明显改善PP的抗 冲性能。 目前国内外关于纳米高分子的研究十分火热, 涉及机理、 改性原理的基础研究又包括具体掺加方案等应用研究。 3、导热高分子复合材料 随着工业生产和科学技术的迅速发展,人们对导热材料提出了更 新、 更高的要求, 除导热性外, 希望材料具有优良的综合性能如质轻、 易工艺化、力学性能优异、耐化学腐蚀等,而且由于现代信息产业的 快速发展,对于电子设备具有超薄、轻便、数字化、多功能化、网络 化方向发展寄予很高的期望。 导热高分子复合材料具有优良的综合性 能,如耐化学腐蚀、耐高温、优异的电绝缘性等,因而人们逐渐用其 来代替传统金属材料, 导热高分子复合材料的研究与开发在20世纪90 年代开始成为功能性复合材料的研究热点之一,特别是日本把“开发 可成型的导热性高分子绝缘材料”列为功能高分子的首选课题,随后 日本、美国等国家相继有50余项发明专利申请[9]。 今年来对高分子导热复合材料的研究更是火热, 且已取得显著的 成就。 首先是对导热机理有了更深刻的认识。 各种导热模型层出不穷, 如先后出现了Bruggeman、Maxell-Eucken、Ziebland、Cheng-Vocken、 Nielsen 模型等, 随后又出现了, Y.Agari 等[10-11]提出了一种新的模型, 认为在那些填充体系中, 若所有填充粒子聚集形成的传导块与聚合物 传导块在热流方向上是平行的,则材料的热导率最高,若是垂直的, 则材料的热导率最低。而王亮亮[12]等则提出了一种“计算型”模型— —逐步平均法,利用有限元分析做出了较为理想的预测。 在导热高分子复合材料应用上的研究也取得了很大的进步。 在导 热橡胶方面,浙江大学益小苏等[13]用AlN粒子填充聚酰亚胺,其热导 率达到0.8 W/(m· K);朱毅[14]将预处理过的铜粉(抗氧化、抗团簇处理) 加入到硅橡胶中制得高性能片状热接口材料,该材料的热导率达到 1.6~1.7 W/(m · K)。而在导电PE上,同样发展迅猛。汪雨荻等[15]在PE 中填充AlN 并考察其导热性能,得到了导热系数达到2.44W/(m · K)。 张兴军等 [16] 为提高PE-LLD 材料的导热性能,利用钛酸酯偶联剂 (NDZ–105) 对 AlN 粉 进 行 表 面 处 理 后 , 用 粉 末 共 混 法 制 备 了 PE-LLD/AlN 导热复合材料,材料的热导率为0.8834 W/(m · K),约为 纯PE-LLD的3倍。 导热高分子复合材料从基础理论到产品开发等各方面都是高分 子材料研究的重要内容之一。 目前已经有很多科研人员在高分子材料 的导热理论模型和导热机理方面做出了贡献,但普适性的理论模型和 机理还没有出现, 应用开发等方面的研究远不如导电材料研究深入, 还有待于更深一步的研究。 4、结语 高性能、高功能、合金化、精细化、智能化的高分子复合材料所 表现出来的优异性能决定了其必然会在21世纪展现出强大的市场竞 争力与无限的生命力。随着各种检测手段及模拟技术的发展,对高分 子复合材料已不再是只能通过大量实验盲目试探了, 由于复合机理的 发展,目前可以做到根据要求,在一定模拟技术下就可设计的程度。 但是尽管科研人员提出了各种机理和摸拟手段, 却还没有出现普适性 的机理或者模拟技术,这也给实际生产带来了一定的困难。因此普适 性的机理以及更加优异的制备工艺成为了以后工作的重点。 参考文献: [1]杨振,陈佑宁.五种新型高分子液晶研究进展及应用前景[J].应 用化工,2006,1,35(1) [2]杨朝明.热致液晶高分子/热塑性树脂原位复合材料的研究进展 [J],化工新型材料,2010,538(5) [3]黄,方立明,沈德勇,苏志锋,陈晓峰.多壁碳纳米管/热致液晶 高分子复合材料的加工及性能研究 [J], 高分子材料科学与工 程;2009,11(25) [4]吕建,徐灯,卢炽华,于贤保,韦春. UP/ GF/ TLCP 原位混杂复合材 料的性能研究[J];塑料工业,2007,35(4) [5]宁平,俞飞,王维,孔令光. PA6/TLCP/POE-g-MAH 原位复合材料的 制备与性能[J],合成材料老化与应用,2011,01 [6顾玲玲,陈林楹,何楠,庄小东. 碳纳米管/ 高分子复合材料的制备 及应用研究进展[J],高分子材料科学与工程,2009,11:25(11) [7] 汪 多 仁 . 纳 米 材 料 在 高 分 子 材 料 中 的 应 用 [J], 塑 料 助 剂,2001(1):8-10. [8]陶国良,侯寅,任明. 纳米TiO2/PP复合材料的研究[J]. 塑料工 业,2002 ,30(1):1-6 [9]李侃社,王琪.导热高分子材料研究进展[J]. 功能材料 .2002, 33(2):136-144. [10]Agari Y,et al.Appl Polym Sci,1993,49(9) 625–1 634. :1 [11]Agari Y,et al.Appl Polym Sci,1991,42(6) :665–669. [12]王亮亮,工程塑料应用,2003,31(9) :70–73. [13]Xie S H,Zhu B K,Li J B,et al .Preparation and properties of polyimide/aluminum nitride composites[J] . Polymer Testing,2004,23:797-801. [14]朱毅. 特种橡胶制品,2004,25(6) :24–26. [15]汪雨荻. 无机材料学报,2000,15(6) 030–1 036. :1 [16]张兴军,. 机械工程材料,2008,32(10) :56–59.

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