聚合物基复合材料的界面及改性研究

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高介电常数聚合物基复合材料研究进展

２～３的速率增长。这样的增长速率符合摩尔定５Ｏ律，直到今天，该定律仍然指导着半导体工业集成电路的发展［。随着信息技术的发展，为金属氧化物半１］作导体场效应晶体管（ｔｌｉｅＳｍｉｎｕｔｒＭｅａ— ｄ－ｅｃｄｃｏＯｘｏ
ｐｓｔｓｏｏｙｒｔｅａｃ，ｃｎｕｔｖａｔｌｓ（ｅａａｔｃｅ，ｇａｈｔｎａｂｎｎｎ — ｏｉｅｆｐｌｍｅｓｗｉｃｒｍｉｓｏｄｃｉｅｐｒｉｅｍｔｌｐｒｉｌｓｒｐｉｅａｄｃｒｏａｏｈｃｔｂｓａｅｓｍｍａｉｅ．Ｔｈｅｉｗｌｏｎｒａｅｏｐｒｐｔａｏｙｎｎｎｏｙｎｌｅｍｏｉｉｄａｌｕｅ）ｒｕｒｚｄｅｒｖｅａｓａｒｔｓｃｐｅｈｈｌｃａｉｅａｄｐｌａｉｎｄｆｅｌｉ —
尚继武，以河，张吕凤柱（中国地质大学（北京）材料科学与工程学院矿物岩石材料
开发应用国家专业实验室，北京１０８）００３
ＳＡＮＧｉＨＪ— ＷＵ，ＺＨＡＮＧ — ｅＬＵｎ —ｈＹｉｈ，Ｆｅｇｚｕ
并指出提高介电常数、能密度，小介电损耗，低制备成本是未来发展的方向。储减降
关键词：介电常数；合物基复合材料；能电容器；电损耗高聚储介

聚合物改性水泥基材料的研究进展_衡艳阳

第33卷第2期硅酸盐通报Vol．33No．22014年2月BULLETIN OF THE CHINESE CEＲAMIC SOCIETY February ，2014聚合物改性水泥基材料的研究进展衡艳阳1，赵文杰2（1．南阳理工学院基建处，南阳473004；2．长春工业大学化学工程学院，长春130012）摘要：普通混凝土与水泥砂浆具有许多优点，但其抗渗性差，在腐蚀性介质的作用下其使用寿命缩短。

加入聚合物是解决这一问题的一种有效途径，并且聚合物能够显著改善水泥材料的性能。

论文介绍了用于改性水泥砂浆和水泥混凝土的聚合物的种类，探讨了聚合物水泥基材料的改性机理，介绍了聚合物水泥基材料的应用及存在的问题，并据此对聚合物水泥基材料的研究进行了展望。

关键词：聚合物改性水泥基材料；性能；改性机理；研究进展中图分类号：TQ174文献标识码：A 文章编号：1001-1625（2014）02-0365-07Ｒesearch Development of Polymer Modified Cement Based MaterialsHENG Yan-yang 1，ZHAO Wen-jie 2（1．Infrastructure Construction Department of Nanyang Institute of Technology ，Nanyang 473004，China ；2．Institute of Chemical Engineering ，Changchun University of Technology ，Changchun 130012，China ）作者简介：衡艳阳（1969-），女，硕士，讲师．主要从事建筑材料方面的研究．通讯作者：赵文杰．E-mail ：zhaowenjie@mail．ccut．edu．cn Abstract ：The common concrete and cement mortar have many advantages ，but their poor permeabilityresistances ，under the action of corrosive medium ，the service life was shorten．Joining the polymer is aneffective way to solve this problem．Furthermore ，polymer can significantly improve the performance ofthe cement-based materials．The kinds of polymer are introduced in modified cement mortar andconcrete．The modified mechanism and application of polymer cement based materials are discussed．Theproblems and future applications of polymer cement based materials are pointed out．Key words ：polymer modified cement based material ；property ；modified mechanism ；researchdevelopment 1引言普通混凝土与水泥砂浆由于具有原料丰富、价格低廉、抗压强度高、生产工艺简单、用途广泛、适应性强等众多优点，以使其成为世界范围内应用最广、用量最大的一种建筑材料。

聚合物共混改性填充改性

聚合物共混改性原理
填充及增强改性的意义
填料不仅具有降低聚合物材料的成本的作用，更重要的是改善聚合物的某些性能，甚至赋予聚合物材料某些特殊功能，从而拓展聚合物的应用领域。同时，某些填料的应用使聚合物材料的环保性增强。
聚合物共混改性原理
填充增强改性的重要性
➢ 它是获得具有独特功能新型高分子化合物最便宜的途径。 ➢ 它是在保证使用性能要求的前提下降低塑料制品成本最有效
聚合物共混改性原理
用途
1) 增量，降低成本。 2) 提高制品的耐热性，例如在聚丙烯中添加40％的CaCO3，其
热变形温度可提高20℃左右。 3) 改进塑料的散光性，起到遮光或消光的作用。 4) 改善塑料制品的电镀性能或印刷性能。 5) 减少制品尺寸收缩率，提高尺寸稳定性。
聚合物共混改性原理
二﹑硅酸盐
聚合物共混改性原理
填料的性质
一﹑填料的几何形态
部分矿物颗粒的几何形状与尺寸对比特征
聚合物共混改性原理
对于片状填料，表征其几何形态的重要参数是径厚比，即片状颗粒的平均直径与厚度之比。
对于纤维状填料，往往采用长径比的概念，即纤维状颗粒的长度与平均直径之比。
粒径是表征填料颗粒粗细程度的主要参数。一般来说填料的颗粒粒径越小，假如它能分散均匀，则填充材料的力学性能越好，但同时颗粒的粒径越小，要实现其均匀分散就越困难，需要更多的助剂和更好的加工设备，而且颗粒越细所需要的加工费用越高，因此要根据使用需要选择适当粒径的填料。
硫酸钡能吸收X射线和γ射线，可用于防护高能辐射的塑料材料。由于其密度高，适用于要求高密度的填充塑料材料，如音响材料、鱼网网坠等，此外由于硫酸钡粒子球形度高，填充硫酸钡的塑料的表面光泽要优于使用同等份数的其它无机矿物填料的填充塑料。

复合材料界面理论简介

复合材料界面理论简介摘要：纤维复合材料作为先进材料，质量轻，强度高等特点使其在航空、航天、船舶、汽车等工程领域应用越来越发挥其重要性。

随着复合材料应用领域的扩展，对材料性能提出了更高的要求。

复合材料的性能取决于增强体纤维、树脂基体和界面性能，其中纤维和树脂之间的界面粘结力是一个重要因素。

界面粘结强度，即纤维断裂处通过基体向纤维传递应力的能力，直接影响到复合材料的强度、韧性和破坏模式等宏观力学行为。

因此，研究界面之间的相互作用，对于界面的设计、预测有非常重要的作用。

本文介绍了几种常见的几面之间的相互作用理论。

关键词：界面；形成；相互作用理论；1界面简介复合材料是由两种或两种以上化学和物理性质不同的材料复合而成的，那么必然存在着异种材料的接触面，这个接触面就是界面。

一般人们对复合材料界面的定义是，指基体与增强物之间化学成分有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小区域。

聚合物基复合材料界面的形成可以分成两个阶段：第一阶段是基体与增强纤维的接触与浸润过程。

增强纤维优先吸附能较多降低其表面能的组分，因此界面聚合物在结构上与聚合物基体是不同的。

第二阶段是聚合物的固化阶段。

聚合物通过物理的或化学的变化而固化，形成固定的界面层。

2界面作用理论2.1浸润性理论1963年，Zisman提出浸润性理论，认为浸润是形成界面的基本条件之一，若两相物质能实现完全浸润，则表面能较高的一相物体表面的物理吸附将大大超过另一相物体的内聚能强度，从而使两相物体具有良好的粘合强度。

这种理论认为两相物体间的结合模式属于机械互锁和浸润吸附。

其中机械粘合是一种机械互锁现象，即在形成复合材料的两相相互接触过程中，若浸润性差，两相接触的只是一些点，接触面有限（见图1(a)）。

若浸润性好，液相可扩展到另一相表面的坑凹中，因而两相接触面积大，结合紧密，产生机械锚合作用（见图1(b)）。

而物理吸附主要为范德华力的作用。

图1浸润与不浸润的界面显然，聚合物基体对增强材料良好的浸润性将有利于提高界面的复合强度，但浸润性不是界面粘接的唯一条件。

材料表面与界面第四章复合材料的界面及界面优化

4.2 界面的效应（1）
界面是复合材料的特征，可将界面的机能归纳为以下几种效应：
(1)传递效应：界面能传递力，即将外力传递给增强物，起到基体和增强物之间的桥梁作用。
(2)阻断效应：结合适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、减缓应力集中的作用。
阻止裂纹的扩展
4.2 界面的效应（2）
(3)不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性、尺寸稳定性等。

在纤维增强复合材料中，纤维是材料主要承载组分，其增强效果主要取决于纤维的
特征、纤维与基体间的结合强度、纤维的
体积分数、尺寸和分布。
碳纤维

弹性模量及强度外力方向与纤维轴向相同时，c= f = m (f-纤维、 m-基体、 c-复合材料)，则
c f V f mVm , Ec E f V f EmVm
许多因素影响着界面结合强度，如表面几何形状、分布状况、纹理结构、表面杂质、吸附气体程度、吸水情况、表面形态、在界面的溶解、扩散和化学反应、
表面层的力学特性、润湿速度等。
4.3 复合材料组分的相容性
物理相容性：
1.
是指基体应具有足够的韧性和强度，能够将外部载荷均匀地传递到增强剂上，而不会有明显的不连续现象。由于裂纹或位错移动，在基体上产生的局部应力不应在增强剂上形成高的局部应力。基体与增强相热膨胀系数的差异对复合材料的界面结合产生重要的影响，从而影响材料的各类性能。
ZnO晶须
自增韧Si3N4陶瓷
二、叠层复合材料

叠层复合材料是指在基体中含有多重层片状高强高模量增强物的复合材料。
三明治复合层状陶瓷复合材料断口形貌

木塑复合材料界面改性

木塑复合材料界面改性摘要:介绍了聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯制备的木塑复合材料界面改性的研究进展，阐述了界面改性对木塑复合材料性能的影响,并对木塑复合材料的应用前景进行了展望。

木塑复合材料是近年来兴起的环保型复合材料，由聚合物基体和木纤维（木粉、竹粉、稻壳、秸秆等）按一定比例加工而成。

制备木塑复合材料的聚合物基体有热固性聚合物和热塑性聚合物，而热塑性聚合物可回收利用、连续生产，是制备木塑复合材料的主要聚合物基体。

常用的热塑性聚合物有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等。

由于热塑性木塑复合材料中木纤维的填充量较高，聚合物基体与木纤维之间的界面相容性较差，影响了木塑复合材料的力学性能；此外，氢键的作用也导致木纤维之间的作用力增强，从而影响木纤维在聚合物基体中的分散。

因此如何改善聚合物基体与木纤维之间的界面相容性是制备性能优良的木塑复合材料的关键。

木塑复合材料的界面改性主要通过改性木纤维或添加界面改性剂的方法进行。

木纤维的改性包括物理改性和化学改性。

物理改性（如干燥、交联）的主要作用是增强纤维素表面与聚合物基体的啮合；化学改性主要是将纤维素表面的羟基反应掉，形成化学键，如将木纤维表面的羟基进行乙酰化以降低木纤维的表面活化能，或利用相容剂的羧基或酰基与纤维素中的羟基发生酯化反应[1]，如马来酸酐接枝PP(PP-g-MAH)、异氰酸酯、氯化苯甲酰等。

从改性效果来看，化学改性方法明显优于物理改性方法。

添加界面改性剂改善木塑复合材料界面相容性是使用较多的方法。

界面改性剂通常一端含有极性基团，另一端含有非极性基团。

极性基团能与木纤维的极性部分亲和，而非极性基团则和极性较弱的聚合物基体亲和。

界面改性剂主要是起桥梁的作用，通过降低两相间的界面能，促进木纤维在树脂相中的分散，降低木纤维之间的凝聚力，提高聚合物基体的分散能力；并且加强了高分子链与木纤维间的机械缠结以增强两者的界面亲和力，从而提高复合材料的力学性能。

聚合物基复合材料的热稳定性研究

聚合物基复合材料的热稳定性研究聚合物基复合材料由于其优异的性能，在众多领域得到了广泛的应用。

然而，其热稳定性是影响其使用性能和寿命的关键因素之一。

因此，对聚合物基复合材料热稳定性的研究具有重要的理论和实际意义。

聚合物基复合材料是由聚合物基体和增强材料组成的多相体系。

常见的聚合物基体包括热塑性聚合物（如聚乙烯、聚丙烯等）和热固性聚合物（如环氧树脂、不饱和聚酯树脂等）；增强材料则有纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）、颗粒（如滑石粉、碳酸钙等）等。

不同的基体和增强材料的组合，以及它们之间的界面相互作用，都会对复合材料的热稳定性产生影响。

热稳定性可以从多个方面来衡量。

其中，热分解温度是一个重要的指标。

当聚合物基复合材料受热时，会发生化学键的断裂和重组，导致材料的质量损失和性能下降。

通过热重分析（TGA）等技术，可以测量材料在不同温度下的质量变化，从而确定其热分解温度。

一般来说，热分解温度越高，材料的热稳定性越好。

聚合物基体的化学结构对复合材料的热稳定性起着决定性的作用。

例如，具有芳香环结构的聚合物通常比脂肪族聚合物具有更高的热稳定性。

这是因为芳香环的共轭结构能够增加分子的刚性和热稳定性。

此外，聚合物的分子量和分子量分布也会影响热稳定性。

较高的分子量通常会提高材料的热稳定性，因为分子链之间的缠结和相互作用更强，能够更好地抵抗热分解。

增强材料对聚合物基复合材料的热稳定性也有显著的影响。

以纤维增强复合材料为例，纤维的种类、长度、直径和含量等因素都会影响热稳定性。

碳纤维具有优异的热稳定性，将其加入聚合物基体中可以显著提高复合材料的热分解温度。

这是因为碳纤维不仅本身具有较高的耐热性，还能够起到导热和阻碍热传递的作用，从而延缓基体的热分解。

复合材料中基体与增强材料之间的界面相互作用也不可忽视。

良好的界面结合能够有效地传递应力和热量，提高复合材料的整体性能。

界面处的化学键合、物理吸附和机械嵌合等作用都会影响热稳定性。

例如，通过对纤维进行表面处理，增加其与基体之间的相容性和界面结合强度，可以提高复合材料的热稳定性。

聚合物基复合材料 Polymer Matrix Composite

s 1.9 10 Ck
N/cm
高分子复合材料-聚合物与粘接
31
固体临界表面张力求取法
乙二醇 45 二碘甲烷 50 甲酰胺 57.5 甘油 62.5 水 72
高分子复合材料-聚合物与粘接
32
固液界面张力和浸润角
固液间界面张力公式可以估计为 1 sl s l 2 ( s l ) 2
高分子复合材料-概述 19
纤维单向铺层(单层)复合材料
基体
Em
纤维
Ef
E x E m V m E f V f E f V f E m 1 V f
高分子复合材料-概述 20
纤维增强机理
粘解完好且在弹性范围内，应力
f E f f , m Em m
复合材料弹性模量
高分子复合材料-概述
2
高分子复合材料-概述
3
复合材料无所不在！
高分子复合材料-概述
4
我们住在复合材料里
高分子复合材料-概述
5
复合材料定义要点
复合材料包含两种或两种以上物理上不同并可能用机械方法分离的材料。一般其中一种为连续相，另一种为功能增强相。几种材料通过某种方法混合在一起获得复合性能。复合材料的总体性能优于各单独组分材料，并在某些方面可能具有独特性能。
聚合物基复合材料 Polymer Matrix Composite
刘和文
哈工大教授、中国工结合、学科交叉融合，既解决了实际工程问题，又解决了学科发展的理论问题。用力学新的理论和方法去解决复合材料及一些新材料应用中的问题，为祖
国的航天和国防事业服务。
高分子复合材料-概述 22
界面粘着理论

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聚合物基复合材料的界面及改性研究FRP/CM　2005.No.3收稿日期:2004210215

作者简介:朱雅红(19712),女,硕士研究生,主要从事高分子材料的合成及改性研究。

聚合物基复合材料的界面及改性研究朱雅红,马晓燕,陈　娜(西北工业大学理学院　应用化学系,西安　710072)摘要:本文主要综述无机刚性粒子增强复合材料、无机纳米粒子增强复合材料、纤维增强复合材料、晶须增强复合材料和原位复合材料的界面特性及其改性方法,论述其界面改性的研究进展,指出目前研究工作中存在的不足及发展方向。关键词:界面;聚合物;复合材料;改性中图分类号:TB332 文献标识码:A 文章编号:1003-0999(2005)03-0044-05

界面的好坏是直接影响复合材料性能的关键因素之一。当复合材料受到外力作用时,除增强材料和基体受力外,界面亦起着极其重要的作用。复合材料的强度、刚性及韧性是代表其物理机械性能的重要指标,对复合材料进行界面改性使两相界面具有合适的粘附力,形成一个相互作用匹配且能顺利传递应力的中间模量层,以提高聚合物基复合材料的力学性能一直是高分子材料科学的重要研究领域。偶联剂用于改善复合材料的界面,聚合物界面改性的目的也从单纯的增韧向增强增韧以及功能化方向发展。本文针对无机刚性粒子增强复合材料、无机纳米粒子增强复合材料、纤维增强复合材料、晶须增强复合材料和原位复合材料论述各种界面的特性及其改性方法。1　无机刚性粒子增强复合材料及其界面无机刚性粒子增强聚合物是近年来研究的热点。它克服了以往用弹性体、热塑性树脂增韧聚合物时在韧性提高的同时刚性下降的缺点。常用的无机刚性粒子有CaCO3、SiC、BaSO4、滑石、硅石灰、蒙脱土以及煤灰等。欧玉春等提出刚性粒子增强、增韧聚合物的界面结构模型,即在均匀分散的刚性粒子周围嵌入具有良好界面结合和一定厚度的柔性界面相,以便在材料经受破坏时既能引发银纹,终止裂缝的扩展。在一定形态结构下它还可引发基体剪切屈服,从而消耗大量冲击能,又能较好地传递所承受的外应力,达到既增强又增韧的目的。在PP/CaCO3复合体系中用酯酸类偶联剂在刚性粒子表面引入柔性或弹性界面层,降低了添加刚性粒子所引起的材料韧性下降的程度;同时由于界面层的引入,使三相复合体系在较低的橡胶含量下具有较高的模量和冲击强度。欧玉春等报道了PP/三元乙丙橡胶(EPDM)/滑石粉三相复合体系。在无机填料表面形成的弹性界面相可使三相复合材料同时具有高韧性和高模量的特点。金士九等用乳液聚合的方法将具有不同交联程度和带环氧官能团的刚性粒子作为环氧树脂的增韧改性剂掺到环氧树脂中,研究其界面层结构对增韧的影响,发现刚性粒子与聚合物树脂基体之间发生不同程度的分子互穿,刚性粒子表面带环氧官能团后,与基体材料形成化学键合的界面层结构,从而改善材料的力学性能。刚性粒子的加入对聚合物基体的结晶行为产生影响,使晶粒尺寸变小,完善程度降低,甚至在界面附近形成择优取向的滑移阻力较小的结晶层,从而促进基体发生屈服变形,利于材料韧性的提高。欧玉春等[1]研究PP/高岭土(Kaolin)/GF复合体系及其界面结晶性。通过DSC非等温结晶数据分析指出,加入Kao1in粒子和GF后发生异相成核作用,促使PP球晶尺寸变小,使材料韧性提高。张云灿等研究HDPE/CaCO3体系中用烷氧焦磷酸酯型钛酸酯类和端口恶唑啉聚醚复合处理CaCO3时,复合偶联剂在CaCO3表面形成包覆层,且通过化学键形成联接、缠

绕、网络CaCO3周围的基体分子链,增强了界面相粘结,复合材料力学性能明显得到改善;同时发现Ca2CO3表面处理剂、处理方式和CaCO3的颗粒大小亦影

响界面的粘结强度,进而影响材料的力学性能。在无机刚性粒子增韧机理上,吴永刚等还建立了刚性粒子团2界面带模型,即在复合体系中存在刚性粒子团,刚性粒子团与周围环境之间存在着一个

442005年5月玻璃钢/复合材料

FRP/CM　2005.No.3界面带,刚性粒子团中又存在着结构相类似的亚级刚性粒子团和界面带。当复合体系受到外力冲击时,刚性粒子团、界面带和相邻的刚性粒子团之间的基体都同时发生形变,并吸收冲击能,使复合体系的韧性得到提高。漆宗能等认为,无机刚性粒子的增韧是由于无机刚性粒子的加入,使基体的应力集中状况发生了改变。拉伸时无机刚性粒子不会产生大的伸长变形,在大的拉应力作用下聚合物基体和增强材料会在两极首先产生界面脱粘,形成空穴,而赤道位置的压应力为本体的三倍。其局部区域可产生提前屈服,应力集中产生屈服和界面脱粘需要消耗更多的能量,从而提高材料的韧性。陈建康等[2]还用微观力学和统计方法研究了含损伤过程的刚性粒子填充高聚物的非线性本构关系,发现材料的变形过程中,刚性粒子与聚合物基体间界面的开裂引发微孔洞的成核与长大,虽然弱化了材料的宏观力学性能,但是带来了宏观本构的非线性效应,为材料的增韧奠定了基础。他分析了刚性粒子对材料的强化作用和微孔洞演化对材料的弱化作用,以及这两种竞争机制的耦合效应对宏观本构关系的影响,从理论上给出了界面强度,粒径分散度,平均粒径等参量对材料宏观力学行为影响的定量分析结果。对于无机刚性粒子增强增韧聚合物的界面研究,大部分工作仍停留在亚微态层面上。对界面分子层面的认识还较为欠缺,同时对无机刚性粒子的增韧机理还不甚清楚,存在很多争论。随着研究复合材料界面的新手段如扫描隧道显微镜、原子力显微镜及内耗仪等的发展,将从分子层面上对界面结构进行分析,有助于进一步弄清无机刚性粒子与基体界面的结构状态,从而分析其增韧机理。

2　无机纳米粒子增强复合材料及其界面纳米材料是近20年来材料科学中发展最迅猛的领域。由于纳米材料的尺寸效应、大的比表面积,

表面原子严重失配,处于高度的活化状态,与聚合物之间有强的界面作用,从而可增强增韧聚合物。常用的无机纳米刚性粒子有SiO2、TiO2、CaCO3等。无机纳米粒子的界面改性常采用界面偶联、辐照接枝等方法。解延秀等采用溶胶2凝胶法制备了PVC/

SiO2复合材料,并通过甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基

硅烷同正硅酸乙酯共水解,在SiO2表面引入能与

PVC相容的极性基团,改善复合材料的界面粘结,提高力学性能。李莹等[3]研究了无机纳米粒子表面反应性官能团对尼龙6/纳米SiO2原位聚合的力学性能影响。偶联剂可在纳米粒子和聚合物间引入柔性的界面层,加入经表面处理剂γ2氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)和γ2环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷(GPS)处理的SiO2,同时提高复合物的强度和韧性

而加入未处理的SiO2时,在提高材料强度的同时,

韧性明显降低。辐照接枝纳米粒子增强聚合物时所形成的纳米粒子/聚合物可以整体发挥协同作用,带来较强的界面效应,有利于增强增韧作用。容敏智等[4]研究了聚苯乙烯辐射接枝纳米SiO2粒子增强PP体系,从复合材料的界面效应等角度研究纳米粒子与聚合物之间发生的协同作用,并对复合材料的力学行为进行了分析解释。吴春蕾等[5]分别用苯乙烯和丙烯酸乙酯对纳米SiO2进行辐照接枝聚合改性,通过两步熔融共混工艺与PP共混制备了SiO

2/PP

复合材料接枝

改性的SiO2对PP有较好的增强增韧效果,经辐照接枝聚合改性的纳米粒子团聚体的结构变得更加紧凑、结实,且随粒子表面聚合物的性质不同,团聚体与基体树脂的界面粘结都得到不同程度的改善。纳米粒子的加入同样影响聚合物的结晶行为。王平华等研究纳米SiO2粒子对PP结晶行为的影响,并将纳米SiO2粒子、烷基化SiO2纳米粒子、复合纳米粒子分别与基体PP复合制备复合材料。通过DSC、WAXD和TEM等测试方法研究了PP/SiO

复合材料的结晶行为与力学性能。发现纳米SiO

粒子与烷基化SiO2纳米粒子不改变基体PP的界面

结晶形态,而复合纳米粒子诱发了基体PP的β晶型结晶,使复合纳米粒子比较均匀地分散于PP基体中,界面粘接得到改善,提高了复合材料的力学性能。董元彩等以纳米TiO2为填料制备了EP/TiO

纳米复合材料,发现纳米TiO2经表面改性后,可对

环氧树脂实现增强增韧。纳米粒子的增韧机理可归因于银纹理论,即纳米粒子均匀地分散在基体中,当受到基体冲击时,粒子与基体之间产生微裂纹2银纹,同时粒子之间的聚合物基体也产生塑性变形,吸收冲击能,从而达到增韧的效果。随着纳米粒子尺寸的变小,粒子的比表面积增大,粒子与基体的界面变大,会产生更多的微

542005年第3期聚合物基复合材料的界面及改性研究

FRP/CM　2005.No.3裂纹和更大的塑性变形,从而吸收更多的冲击能,提高增韧效果。但由于纳米粒子的形状各异、增韧机理各不相同,且影响纳米粒子增韧的因素较多,不能单一、片面的追求纳米化或超细化。纳米粒子增强聚合物还需在以下方面进一步研究,如极易团聚的问题,增韧机理,以及从分子层面上认识界面等。3　纤维增强复合材料及其界面用于增强聚合物的纤维主要有合成纤维和天然纤维。由于全球能源和环境问题受到人们普遍关注,且天然纤维价廉质轻、比强度和比模量高,以及天然纤维的可再生性、可自然降解性,采用天然植物纤维(如木纤维、竹纤维、麻纤维、椰纤维等)替代合成纤维作为聚合物基复合材料的增强体逐渐被人们重视,本文重点综述天然纤维增强复合材料及其界面改性。天然纤维的界面改性方法主要有界面偶合和表面处理。天然纤维素与疏水聚合物基体的不相容,界面偶合是一类重要的改性方法。用羟甲基三聚氰胺对纤维素处理等,可降低纤维素的吸水性和增加纤维素的湿态强度。环氧基硅烷和氨酯基硅烷也可改善相界面的亲水性。如聚合物的骨架带有氨基时,骨架上过量的胺基与界面上拥有的环氧基硅烷或氨酯基硅烷反应偶联,而未反应胺基又起到疏水作用,从而克服了纤维的不耐水性并改善了纤维与聚合物骨架的粘合性。Singh[6]等用N2甲基丙烯酰胺、硅烷、锆酸盐和钛酸酯等偶联剂处理剑麻纤维研究剑麻/不饱和聚酯的性能变化。由于偶联剂在纤维表面通过氢键和烷氧基与纤维形成结合紧密的界面层,提高了纤维的憎水性,增强纤维与基体的相容性,同时减少了纤维间的接触,降低了复合材料的应力集中,使所得复合材料的力学性能均有不同程度的提高。许瑞等[7]针对亚麻/线型低密度聚乙烯(LLDPE)复合材料,研究γ2氨丙基三乙氧基硅烷(KH2550)、γ2缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH2560)、γ2(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(KH2570)及乙烯基三乙氧基硅烷(A2151)偶联剂对亚麻织物及其复合材料结构性能的影响,发现亚麻经偶联剂预处理后吸湿率降低,热稳定性提高,结晶度和晶面间距下降,复合材料的力学性能有明显提高。杨桂成等[8]指出在短剑麻纤维/酚醛树脂复合体系中,剑麻纤维经KH2550偶联剂处理后能有效改善刚性的剑麻纤维与脆性的酚醛树脂基体界面的粘结,提高复合材料的综合力学性能,接枝丙烯酸对降低复合材料吸水性有较好效果。表面处理是天然纤维改性的另一主要方法。赵旭升等针对剑麻短纤维补强橡胶体系进行了改性。剑麻短纤维经氯气氧化降解后变细,柔性增强,长径比趋于一致,纤维与橡胶界面的粘合强度得以提高。杨桂成[8]等还将剑麻纤维经150℃或180℃热处理后使其结晶度和拉伸性能有不同程度提高。一些天然纤维自身表面的不规则性是形成良好界面粘接的有利因素,蔡长庚等[9]针对环氧基体与竹节状有机纤维体系,采用单丝拔出试验和动态力学分析研究了环氧树脂基复合材料中基体与竹节状有机短纤维之间的界面力学特性,发现在弱界面结合的条件下,