現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,對聚合物的復(fù)合改性和增強(qiáng)劑的特殊層間結(jié)構(gòu)的利用提出了更為嚴(yán)格的要求,人們已不僅僅局限于新材料的創(chuàng)造、發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用上,己使科學(xué)研究進(jìn)入一個各種材料綜合使用的新階段,向著按預(yù)定性能設(shè)計新材料的方向發(fā)展。
聚合物基復(fù)合材料由基體和增強(qiáng)劑或功能劑兩個相組成。增強(qiáng)劑或功能劑包括l維的(纖維)、2維的(片狀料)及3維的(顆粒料)。50多年來,纖維系復(fù)合材料有了較深入的研究和發(fā)展:而對大尺寸粒料作為3維材料,往往僅作為填充物料制備混合材料而己,近10多年來,O維超細(xì)微粒(包括納米微粒)作為增強(qiáng)劑和功能劑制各功能復(fù)合材料及增強(qiáng)增韌復(fù)合材料的研究課題廣泛展開。本文針對研究O維超細(xì)微粒的增強(qiáng)增韌復(fù)合材料中,重點(diǎn)討論其層間結(jié)構(gòu)的利用。
1、0維物料對聚合物復(fù)合的結(jié)構(gòu)特征
聚合物的改性一般可分為化學(xué)改性和物理改性。
對聚合物進(jìn)行物理復(fù)合作用中,很重要的一點(diǎn)是要求能顯著改善聚合物的物理機(jī)械性能、耐磨擦性能、熱學(xué)性能、耐老化性能等,所以物料(增強(qiáng)劑或功能劑)應(yīng)該既有增量作用,又有復(fù)合改性效果。當(dāng)然并非所有物料都能起這種作用。這與物料本身及復(fù)合體系的結(jié)合狀態(tài)有關(guān),主要影響因素有:(1)物料的種類、形狀、結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)、物料的粒徑、尺寸分布以及物料的用量;(2)聚合物的種類、性質(zhì)和分子量;(3)聚合物復(fù)合體系的界面特征及兩相的相互作用;(4)復(fù)合技術(shù)及形成的復(fù)合體系形態(tài);(5)復(fù)合體系其他添加劑成分的影響。
通常認(rèn)為,增強(qiáng)體(或功能體)/聚合物間的相互作用是通過不同物質(zhì)間的化學(xué)鍵合、分子間的作用力(包括氫鍵等)、極性、酸堿作用、表面碇系效應(yīng)(聚合物在物料表面空隙中的嵌入固定作用)等形式來進(jìn)行的,體系中聚合物的取向及物料粒子的取向也影響這種相互作用。
聚合物/O維物料的結(jié)合可簡單分為四類:(1)單純的物理混合。此時往往由于物料、聚合物間極性及相容性的差異,使物料在聚合物中分散不良,導(dǎo)致兩相界面上存在空洞和縫隙,界面粘結(jié)不良。由比產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致界面破壞,故填充體系性能很差。(2)潤濕作用,導(dǎo)致較均勾的混合。此時則可改善物料的分散性及聚合物/物料界面上的結(jié)合情況,復(fù)合體系性能有所提高。(3)兩相界面上良好的相容性好,物料表面潤濕良好,界面上不同物質(zhì)間極性、氫鏈、酸城作用或物理粘接,導(dǎo)致的相互作用增強(qiáng),復(fù)合體系穩(wěn)定姓好,物理機(jī)械性能顯著提高。(4)兩相界面上形成化學(xué)鍵合結(jié)構(gòu)。這時,復(fù)合體系穩(wěn)定性大為加強(qiáng),所得復(fù)合材料的物理機(jī)械性能最佳。
對0維增強(qiáng)體及聚合物復(fù)合體系相互作用的研究表明,兩相體系界面上的潤濕作用、化學(xué)鍵合作用及應(yīng)力松弛作用等是影響復(fù)合材料性能的主要因素。因此,對物料進(jìn)行改性是改進(jìn)和提高復(fù)合材料性能的重要途徑。
大多數(shù)0維物料的表面富有活性,可以用活性劑進(jìn)行改性、用偶聯(lián)劑處理、表面接枝和用聚合物包復(fù)以及進(jìn)行等離子體處理等方法進(jìn)行改性。
對于一些具有層狀結(jié)構(gòu)的0維物料(這些物料,因具有層狀結(jié)構(gòu),往往是2維微片狀,但因是細(xì)小粉末,通常也把它們看作0維物料),如石墨和粘土類礦物,其層間也有較大活性,這些0維物料的特殊層間結(jié)構(gòu)為開發(fā)新型復(fù)合材料提供了可能性。
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