高分子复合材料的性能特点

高分子复合材料的性能特点

陈金鹏

（河北工业大学材料科学与工程学院，材料物理与化学国家重点学科，天津）摘要：简单介绍了稀土/高分子复合材料，磁智能材料，聚合物基纳米复合材料，导电高分子复合材料，磁性纳米高分子复合材料等几种高分子复合材料的性能和特点，以及对它们的制作方法做了简单的介绍。

关键词：高分子复合材料，纳米材料，特性

The performance characteristics of polymer composite

materials

Chen jin peng

（College of Materials Science and Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin, China ）

Abstract: Introduced several the performance and characteristics of the rare earth/polymer composite material l, magnetic intelligent materials, polymer nanocomposites,

conductive polymer composite material, magnetic nano polymer composite

macromolecule composite materials, and their production methods do briefly

introduced.

Key words：Polymer composite materials, Nano materials, characteristics

1.1稀土/高分子复合材料

在高分子材料科学发展过程中，兼备高分子材料质轻、高比强度、易加工、耐腐蚀的优点，同时又具有光、电、磁、声等性能的特种高分子复合材料备受推崇。稀土因其电子结构的特殊性而具有光、电、磁等特性，这些特性是人们制备稀土/高分子复合材料强烈的技术和应用的驱动力。在简单掺混型稀土/高分子复合材料的制备过程中,研

究较多的是稀土无机化合物与高分子材料的复合, 后者是热固性树脂或热塑性树脂对稀土化合物与弹性体（热塑性弹性体和热固性弹性体）的复合进行了研究,得到的稀土/天然橡胶复合材料和稀土/聚氨醋热塑性弹性体复合材料,二者不仅常规物理机械性能优异,弹性好,而且还具有极好的防护中子的能力，用稀土化合物与弹性高分子材料进行复合制备的射线屏蔽材料较适合于固定式场所的应用及获得柔软材料,如医用射线防护服等。

进入20世纪80年代，链上直接键合稀土聚合物的研究逐渐展开，并在制备荧光、激光和磁性材料以及光学塑料、催化剂等方面取得了一定成果[1]。如在尼龙聚合过程中加入环烷酸铈能使硅、铁杂质含量明显降低，聚合度增高，产品的耐磨性成倍提高，耐热性提高10%以上，拉伸强度提高70%[2]。稀土稳定的PVC试样的玻璃化转变温度比硬脂酸镉稳定试样高3O C，因此稀土可用作PVC和PE等热塑性高分子材料的无毒稳定剂，可有效地解决铅、镉等重金属稳定剂对人体、环境造成的危害。稀土离子与含(二酮基、吡啶基、羧基、磺酸基高分子配体作用可制成含铕离子或铽离子的稀土高分子发光材料，前者产生613nm的红色荧光，后者发射545nm的绿色荧光[3]；而铕离子与含冠醚基的高分子配体作用，获得的是产生强蓝色荧光的材料[4]。

1.2磁智能材料

能够对环境感知和响应且具有功能发现能力的“微球”和“纳球”高分子材料是当前智能高分子材料研究的前沿。“微球”粒径可达"

1~100μm，“纳球”粒径小于100nm。这些“微球”和“纳球”可实现单一输入(如光)、多重响应(电、磁、光、热)，多重输入、多重响应功能，这对生物技术领域具有十分重要的意义[5]。邱广明等[6]以磁性氧化铁胶体粒子为种子粒子，采用吸附-溶胀法，通过苯乙烯等单体的乳液聚合制备了分布均一的亚微米级磁性高分子微球，微球粒径为0.1~0.3μm。能否用具有磁性的稀土粒子代替氧化铁粒子制备稀土/高分子复合微球，还有待于人们的尝试。

1.3聚合物基纳米复合材料

近年来,纳米材料已经在许多科学领域引起了广泛的重视和研究,成为材料科学的热点,世界许多国家都将抢占纳米科学制高点作为21 世纪发展的战略目标。由于纳米粒子尺寸较小,因表面积很大而产生的量子效应和表面效应,它使得纳米材料具有许多特殊的性质,例如磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化和烧结等许多方面都呈现各种各样的优异性质[7，8]。

纳米复合材料0 (Nanocompsites)是80年代初由Roy等人提出来的,与单一相组成的纳米结晶材料和纳米相材料不同,它是由两种或两种以上的吉布斯固相至少在一个方向以纳米级大小( 1~ 100nm)复合而成的复合材料。这些固相可以是非晶质、半晶质、晶质或者兼而有之,而且可以是无机、有机或二者都有[9]。因此,纳米复合材料可分为无机纳米复合材料、聚合物基P无机复合纳米、聚合物基P聚合物纳米复合材料。聚合物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,所采用的纳米单元按成

分分可以是金属, 也可以是陶瓷、高分子等;按几何条件分可以是球状、片状、柱状纳米粒子,甚至是纳米丝、纳米管、纳米膜等;按相结构分可以是单相, 也可以是多相,它涉及的范围很广,广义上说多相高分子复合材料, 只要其某一组成相至少有一维的尺寸处在纳米尺度范围( 1nm~ 100nm)内,就可将其看为高分子纳米复合材料。对通常的纳米粒子P高分子复合材料按其复合的类型大致可分为三种:纳米微粒与纳米微粒复合( 0- 0 复合) ,复合纳米薄膜( 0- 2复合)和纳米微粒与常规块体复合( 0- 3 复合)。纳米粒子在高分子基体中可以均匀分散, 也可以非均匀分散; 可能有序排布, 也可能无序排布;复合体系的主要几何参数包括纳米单元的自身几何参数, 空间分布参数和体积分数。此外,还有1- 3 复合型, 2- 3 复合型高分子纳米复合材料, 高分子纳米多层膜复合材料,有机高分子介孔固体与异质纳米粒子组装的复合材料等等[10]。

原位复合是将热致液晶聚合物与热塑性树脂进行熔融共混,用挤塑或注塑方法进行加工,由于液晶分子有易于自发取向的特点,液晶微区沿外力方向取向形成微纤结构,在熔体冷却时这种微纤结构被原位固定下来,故称为原位复合。只有当材料的微区尺寸在100nm以下才属于纳米材料。中科院的黎学东等详细描述了原位成纤复合材料的成纤原理、流变性能、力学性能、形态及形态分布、结晶熔融行为以及影响形态性能的因素。ICE公司的液晶聚合物P尼龙(LCP PPA)合金, Ho echst Celanese公司的LCP PPA12和40%玻纤增强的液晶聚合物P 聚苯硫醚(LCP PPPS)合金等均已商品化[11]。