钛基复合材料的制备技术研究

二氧化钛复合材料的制备及光催化性能研究

黑龙江省巴彦县 佳木斯大学 154000

摘要

本文选用白云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2和钛酸丁酯C16H36O4Ti作为原料在水热的条件下制备出了白云母/TiO2复合光催化剂。通过使用扫描电子显微镜、X射线衍射、红外线光谱分析仪和紫外可见光吸收光谱对其结构进行表征，并研究了复合物的光催化活性。

关键词：白云母/TiO2复合光催化剂；水热合成；光催化

1概述

1.1 TiO2简介

云母是一种表面带有活性基团的层状硅酸铝大分子。白云母是一种层状矿物，具有高比表面积、强吸附性和良好的化学稳定性。白云母晶体的切片层可以提供光滑的基底，它的原子级光滑表面易于通过劈开来制备。为了蛋白质结晶的目的，可以对云母表面进行改性，表面离子可以被各种碱金属离子交换。改变表面离子对水层的有序性有直接影响，这被称为结构破坏或促进。除了SFA，表面X射线衍射、原子力显微镜、分子动力学模拟和X射线反射率也被用来确定改性云母及其液体表层的表面结构。由于白云母的(001)面沿c轴滑动，它可以有两个不同的终端，它们在(010)面上相互成镜像。

二氧化钛是三种不同的多态体：锐钛矿，金红石和板钛矿。二氧化钛的主要来源和最稳定的形式是金红石。这三种多态性都可以在实验室很容易地合成。

1.2光催化机理 在光照条件下，TiO2表面的超亲水性起因于其表面结构的变化。在紫外光照射下，TiO2价带电子被激发到导带，电子和空穴向TiO2表面迁移，在表面生成电子空穴对，电子与Ti反应，空穴则与表面桥氧离子反应，分别形成正三价的钛离子和氧空位。此时，空气中的水解离吸附在氧空位中，成为化学吸附水（表面羟基），化学吸附水可进一步吸附空气中的水分，形成物理吸附层。

2实验步骤

2.1酸处理白云母

称取5 g白云母放入三口烧瓶中，加入浓度为20%的稀硫酸150 mL，在水浴锅中80℃搅拌25 min，冷却至室温，用去离子水洗涤至中性，且用0.1mol/L氯化钡溶液检测不出SO42-，放在80℃烘箱中干燥备用。

29技术应用与研究

一、聚丁烯-1复合材料的制备方法分析１．熔融共混法。熔融复合法是制备高分子复合材料时最常用的一种方法，该方法适用于热塑性塑料的填充改性，具体步骤为首先将聚合物原料和填料在高速共混机中混合均匀，然后再利用注射机、双螺杆挤出机或者密炼机等设备将混合均匀的物料熔融混合制备出高分子复合材料。但是用该方法制备出的复合材料中的第二组份与聚合物基材相容性不好或者在聚合物中分散很差，将直接影响到复合材料的性能。２．原位复合法。原位复合法是将填料粒子作为催化剂载体，在催化聚合过程中实现填料粒子在聚合物中分散的一种方法。使用该方法制备的聚合物复合材料，填料粒子在聚合物基体中分散较为均匀。由于没有经过熔融或溶解，聚合物本身的结构没有遭到破坏，因此该方法得到的聚合物复合材料性能较为优异。３．溶液共混法溶液共混法是将聚合物基体溶解在一种溶剂中，同时要求填料也能溶解或分散在该溶剂中，然后通过搅拌的形式来实现材料的复合，最后将复合材料加至一种该聚合物的不良溶剂中，使复合材料析出。该方法的重点是找到一种合适的溶剂既可以溶解聚合物，又可以分散或溶解填料，而对填料粒子进行改性，使其很好的分散在溶剂中是该方法的难点和重要步骤。二、聚丁烯-1复合材料性能研究进展１．聚丁烯－１复合材料的机械性能。ＭｏｓａｂＫａｓｅｅｍ等使用熔融共混法制备ＰＢ－１／热塑性淀粉复合材料，力学性能研究结果表明，随着热塑性淀粉用量的增加，复合材料的断裂性能均低于纯ＰＢ－１，主要因为淀粉与ＰＢ－１的相容性太差，团聚在一起的淀粉粒子，容易产生应力集中，在材料中形成缺陷。而杨氏模量随着淀粉用量的增加而增加，均要高于纯ＰＢ－１，说明了淀粉作为刚性粒子，增加了ＰＢ－１抵抗形变的能力。ＨｉｓａｙｕｋｉＮａｋａｔａｎｉ等制备了ＰＢ－１／改性多壁碳纳米管（ＭＷＣＮＴｓ）复合材料并对其力学性能进行研究，结果表明改性ＭＷＣＮＴｓ用量为３ｗｔ％时，复合材料的杨氏模量提高最为明显，其原因在于改性ＭＷＣＮＴｓ与ＰＢ－１形成了交联结构，这些网状交联结构在材料受到外力时能够有效的传递应力，使复合材料的模量得到提高。Ｋ．Ａ．Ａｆｒｉｆａｈ等研究了ＰＢ－１／木质纤维复合材料的力学性能，结果表明木质纤维的加入，使复合材料的弯曲模量有所升高。原因在于木质纤维的刚性较之ＰＢ－１要更大，加入到ＰＢ－１基体后增加了材料抵抗形变的能力。与弯曲强度不同，材料的拉伸强度随着木质纤维用量的增加而降低，这是因为疏水性的ＰＢ－１柔性分子链与亲水性的木质纤维的刚性结构相容性不好，在受到外力作用时非但不能很好的传递载荷，反而阻碍了ＰＢ－１分子链的滑移、取向，从拉伸断面的扫描电镜结果上也可以看出ＰＢ－１的网状结构与木质纤维处于蓬松的分离状态，木质纤维被拔出，说明两者结合的不是很好。２．聚丁烯－１复合材料的熔融结晶性能。孙剑等通过研究滑石粉对ＰＢ－１熔融结晶行为的影响，发现滑石粉的加入使ＰＢ－１的熔融温度有所增加，随着滑石粉用量的增加复合材料的结晶度先升高后降低，说明滑石粉添加量过多时，会阻碍ＰＢ－１链段的运动和有效迁移，使结晶度下降。ＰＢ－１的结晶温度也是随着滑石粉含量的增加而增加，当滑石粉的添加量超过３％时，结晶烩呈下降趋势，说明过多和滑石粉会阻碍ＰＢ－１链段的运动和有效排序，使结晶过程受到了阻碍。非等温结晶研究表明，要达到相同结晶度，复合材料的结晶完成温度均要高于纯的ＰＢ－１，结晶完成时间随着滑石粉用量的增加先缩短后增加，说明了合适用量的滑石粉的成核作用显著于对结晶的干扰作用，过多的滑石粉对结晶的抑制作用大于成核作用。３．聚丁烯－１复合材料的导电性能。陈侃等对ＰＢ－１／炭黑导电复合材料进行了研究，通过对比研究不同类型的炭黑以及复配炭黑（不同配比的超导碳黑和高导炭黑）对ＰＢ－１导电性能的影响发现，超导碳黑能够显著影响ＰＢ－１的导电性能，主要是因为超导碳黑比表面积较大而且表面含氧基团少，能够在ＰＢ－１基体中形成链式导电结构。复配炭黑的加入量大于６％时，材料的体积电阻率突增，原因为对导电性能起到调控作用的是超导碳黑，与高导炭黑作用后，实现了电子在炭黑表面的跃迁，从而形成导电通道，这一性能使ＰＢ－１／炭黑复合材料达到了导电屏蔽材料的要求。４．聚丁烯－１复合材料的导热性能。唐伟等研究了石墨粒径、石墨含量等对ＰＢ－１导热性能的影响，结果表明随着石墨粒径的增加，热导率先上升后下降，说明粒径合适且分散均匀的石墨在聚合物中，形成均匀的导热链。材料的导热性能随着石墨用量的增加，呈不断上升的趋势，主要是因为石墨与石墨之间相互连接，形成石墨导热链，导热效果与石墨的用量成正相关，在石墨含量达到８５％时，热导率为ＰＢ－１的１７倍。三、结语随着我国ＰＢ－１工业化的推进，更多的ＰＢ－１制品将走进人们的生活。因此，加强对聚丁烯－１基复合材料的制备及其性能的研究，提高无机粒子与ＰＢ－１的相容性，进而制备出刚性较大，熔融温度较高的ＰＢ－１复合材料，以满足人们更高、更广泛的要求，是当前ＰＢ－１行业发展的当务之急。参考文献：[1]段成龙,张文学,陈振斌,etal.聚丁烯-1复合材料研究概况[J].合成材料老化与应用,2018.[2]杨云明,郭静,于跃,etal.PP/PB-1共混体系的性能与相形态研究[J].现代塑料加工应用,2018(3).聚丁烯-1基复合材料的制备及其性能研究李传武 山东省滕州瑞达化工有限公司 【摘　要】聚丁烯-1（PB-1）因具有优异的机械性能，超强的耐热蠕变性，良好的可加工性和可填充性，被广泛应用于管材、薄膜等领域。近些年来，随着我国PB-1产业化的推进，更多的PB-1材料制品将会走进人们的生活，因此研究并发展PB-1复合材料，以满足人们在更多领域的需求具有重要意义。基于此，本文就聚丁烯-1基复合材料的制备及其性能进行分析。【关键词】聚丁烯-1；复合材料；制备；性能

原位自生颗粒增强钛基复合材料研究现状

摘要：钛基复合材料具有比重轻、强度高、耐腐蚀等许多优异性能，具有广泛应用。然而，传统钛合金材料已难以满足高技术的要求。近年来，人们在原位自生颗粒增强钛基复合材料研究方面取得了众多成果。由于原位自生钛基复合材料相对传统钛合金更为优异的综合性能,引起了人们广泛关注。本文从制备方法以及原位自生颗粒增强钛基复合材料性能综述了目前原位自生钛基复合材料的研究进展，并对原位自生颗粒增强钛基复合材料进行了前景展望。

关键词：钛基复合材料；原位自生；颗粒增强；研究现状

1、引言

钝钛和以钛为主的合金是继合金钢和金属铝之后新崛起的新型的结构材料。

钛能与铁、铝、钒或钼等其他元素熔成合金，造出高强度的轻合金，在各方面有着广泛的应用，包括航天、军事、工业程序、汽车等。 现在，在宇宙火箭和导弹中，就大量用钛代替钢铁。[1]

然而，随着科技的不断向前发展，面对高技术时代对高性能钛合金材料日益紧迫的要求，传统的钛合金材料已经很难满足高技术的要求。正因为如此，出现了由钛合金向钛基复合材料转移的趋势。[2,3]

钛基复合材料是指在钛或钛合金基体中植入刚硬陶瓷增强体的一种复合材料。它把钛的延展性、韧性与陶瓷的高强度、高模量结合起来,从而获得了更高的剪切强度和压缩强度以及更好的高温力学性能。钛基复合材料主要分为两大类:连续纤维增强钛基复合材料和颗粒增强钛基复合材料。[4]

颗粒增强钛基复合材料按增强体生成方式可分为外加法和原位合成工艺方法。传统的外加法制备技术中,陶瓷增强相以颗粒、粉末的状态加入基体钛中。然而，传统的合成技术中增强相的尺度被最初的粉末粒度所限制,一般是微米级甚至毫米级。此外,传统外加法的合成技术还需要解决增强体浸润、制备过程中增强相与基体的界面反应以及昂贵的成本等问题。[5,6]

为了解决传统外加法造成的一系列问题,人们开发了原位合成技术来制备非连续增强钛基复合材料,增强体通过原料中的元素相互发生化学反应而生成。[4]原位合成工艺方法制得的复合材料中增强颗粒与基体的相容性好,避免了外加增强颗粒的污染问题以及增强颗粒与基体的界面之间的化学反应问题,增强体和基体界面结合良好,而且增强颗粒和基体在热力学上稳定。这些特性对提高钛基复合材料的使用温度具有极为重要的意义,可以说原位合成钛基复合材料的是目前复合材料领域一个重要的研究方向。[7]

钛基复合材料的性能及制备

钛基复合材料是一种由钛合金与其他纤维材料（如碳纤维、玻璃纤维等）组合而成的材料。它具有钛合金的高强度、低密度和耐腐蚀性能，以及纤维材料的优异机械性能和热性能。钛基复合材料的性能和制备方法是该材料应用范围广泛的重要因素。

1.高强度：钛合金具有很高的强度和刚度，可以用于制造轻型结构，以提升材料的强度重量比。

2. 低密度：钛合金的密度与铝合金相近，约为4.5 g/cm³，是铁的一半，在机械设计中可以减轻结构负荷。

3.耐腐蚀性：钛合金具有优良的耐腐蚀性能，能够在很多腐蚀介质中保持稳定性，适用于海水、酸碱等恶劣环境。

4.优异的机械性能：钛基复合材料的机械性能优于传统金属材料，可以满足航空航天、船舶、汽车等行业对材料高强度和刚度的要求。

5.良好的热稳定性：钛基复合材料具有较高的耐热性和热稳定性，可在高温环境下工作。

1.化学气相沉积法（CVD）：该方法是在合适的反应条件下，通过在钛合金表面沉积一层薄膜来制备钛基复合材料。这种方法具有制备复杂形状和具有高度均匀性的材料的优点。

2.热加压烧结法（HIP）：该方法是将钛合金粉末与纤维材料（如碳纤维）混合，然后进行热压和热处理，使其烧结为复合材料。这种方法适用于制备大块复合材料。 3.熔融浸渗法：该方法是将钛合金与纤维材料混合后，一起加热至钛合金的熔点，使其熔化并浸渗到纤维材料中，形成复合材料。这种方法适用于制备形状复杂的复合材料。

4.等离子喷涂法：该方法是使用等离子体火焰熔喷设备将金属和纤维材料溶解或熔化后喷涂到基体上，形成复合材料。这种方法具有制备大面积和复杂形状的优点。

总之，钛基复合材料具有高强度、低密度、耐腐蚀性、优异的机械性能和热性能等优点，适用于航空航天、船舶、汽车等高强度重量比和耐腐蚀性要求较高的领域。钛基复合材料可以通过化学气相沉积法、热加压烧结法、熔融浸渗法和等离子喷涂法等多种方法制备。