聚合物基复合材料

摘自课本《聚合物基复合材料》,针对的是聚合物基纳米复合材料的制备方法。

1、 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是最早用来制备纳米复合材料的方法之一。所谓的溶胶-凝胶工艺过程是将前驱物在一定的有机溶剂中形成均质溶液，均质溶液中的溶质水解形成纳米级粒子并成为溶胶，然后经溶剂挥发或加热等处理使溶胶转化为凝胶。溶胶-凝胶中通常用酸、碱和中性盐来催化前驱物水解和缩合，因其水解和缩合条件温和，因此在制备上显得特别方便。根据聚合物与无机组分的相互作用情况，可将其分为以下几类：

（1）直接将可溶性聚合物嵌入到无机网络中 把前驱物溶解在形行成的聚合物溶液中，在酸、碱或中性盐的催化作用下，让前驱化合物水解，形成半互穿网络。

（2）嵌入的聚合物与无机网络有共价键作用 在聚合物侧基或主链末端引入能与无机组分形成共价键的基团，就可赋予其具有可与无机组分进行共价交联的优点，可明显增加产品的弹性模量和极限强度。在良好溶解的情况下，极性聚合物也可与无机物形成较强的物理作用，如氢键。

（3）有机-无机互穿网络 在溶胶-凝胶体系中加入交联单体，使交联聚合和前驱物的水解与缩合同步进行，就可形成有机-无机同步互穿网络。用此方法，聚合物具有交联结构，可减少凝胶的收缩，具有较大的均匀性和较小的微区尺寸，一些完全不溶的聚合物可以原位生成均匀地嵌入到无机网络中。

溶胶-凝胶法的特点是可在温和条件下进行，可使两相分散均匀，通过控制前驱物的水解-缩合来调节溶胶-凝胶化过程，从而在反应早期就能控制材料的表面与界面性能，产生结构极其精细的第二相。存在的问题是在凝胶干燥过程中，由于溶剂、小分子、水的挥发可能导致材料内部产生收缩应力，从而会影响材料的力学和机械性能。另外，该法所选聚合物必须是溶解于所用溶剂中的，因而这种方法受到一定限制。

2、层间插入法

层间插入法是利用层状无机物(如粘土、云母等层状金属盐类)的膨胀性、吸附性和离子交换功能，使之作为无机主体，将聚合物(或单体)作为客体插入于无机相的层间，制得聚合物基有机-无机纳米复合材料。层状无机物是一维方向上的纳米材料，其粒子不易团聚且易分散，其层间距离及每层厚度都在纳米尺度范围1～100 nm内。层状矿物原料来源极其丰富，而且价廉。插入法大致可分为以下几种：

聚合物基复合材料考试复习资料

常州大学高分子专业 纯属个人总结，稍后有小字版本可直接考试小抄奥

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第一章 绪 论

1定义：复合材料是指将两种或两种以上的不同材料,用适当的方法复合成的一种新材料,其性能比单一材料性能优越。因此复合材料必须通过对原材料的选择，各组分分布的设计和工艺条件的保证等，以使原组分材料的优点互相补充，同时利用复合材料的复合效应使之出现新的性能，最大限度地发挥优势。

2命名

基体材料名称与增强体材料并用。这种命名方法常用来表示某一种具体的复合材料，习惯上把增强体材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面。

例如：“玻璃纤维增强环氧树脂复合材料”，或简称为“玻璃纤维/环氧树脂复合材料或玻璃纤维/环氧”。而我国则常把这类复合材料通称为“玻璃钢”。碳纤维和金属基体构成的复合材料叫“金属基复合材料”，也可写为“碳／金属复合材料”。碳纤维和碳构成的复合材料叫“碳／碳复合材料”。

3结构复合材料 主要用于制造受力构件；结构复合材料主要是作为承力结构使用的复合材料，它基本上是由能承受载荷的增强体组元与能联接增强体成为整体承载同时又起分配与传递载荷作用的基体组元构成。

功能复合材料

指具备各种特殊物理与化学性能的材料。

例如：声、光、电、磁、热、耐腐蚀、零膨胀、阻尼、摩擦、屏蔽或换能等。

4复合材料的特性

聚合物基复合材料是复合材料中发展最迅速、应用最广泛的一类复合材料。

比强度、比模量（刚度）高

 比强度是材料强度与密度之比值即：

比强度 = 强度/密度 MPa /（g/cm3）——质量相等的前提下，衡量材料承载能力；

 比模量是材料模量与密度之比值即：

比模量 = 模量/密度 GPa /（g/cm3）。—质量相等的前提下，刚度特性指标

耐疲劳性能好，破损安全性能高

疲劳破坏的种类不同：

金属

2014学年度第 一 学期课程考试

《复合材料》本科 试卷（B卷）

注意事项：1. 本试卷共 六 大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷； 2. 考前请将密封线内各项信息填写清楚； 3. 所有答案必须写在试卷上，做在草稿纸上无效； 4．考试结束，试卷、草稿纸一并交回。

一、选择题(30分，每题2分)

1.复合材料中的“碳钢”是（ ）

A、玻璃纤维增强Al基复合材料。 B、玻璃纤维增强塑料。

C、碳纤维增强塑料。 D、氧化铝纤维增强塑料。

2.材料的比模量和比强度越高（ ）

A、制作同一零件时自重越小、刚度越大。 B、制作同一零件时自重越大、刚度越大。

C、制作同一零件时自重越小、刚度越小。 D、制作同一零件时自重越大、刚度越小。

3.在体积含量相同情况下，纳米颗粒与普通颗粒增强塑料复合材料（ ）

A、前者成本低 B、前者的拉伸强度好

C、前者原料来源广泛 D、前者加工更容易

4、Kevlar纤维（ ）

A、由干喷湿纺法制成。 B、轴向强度较径向强度低。

C、强度性能可保持到1000℃以上。 D、由化学沉积方法制成。

5、碳纤维（ ）

A、由化学沉积方法制成。 B、轴向强度较径向强度低。

C、强度性能可保持到3000℃以上。 D、由先纺丝后碳化工艺制成。

6、聚丙烯增强塑料的使用温度一般在：（ ）

A、120℃以下 B、180℃以下 C、250℃以下 D、250℃以上

7、碳纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因之一是（ ）

A、环氧树脂吸湿变脆。 B、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度。

1 聚合物材料改性技术作业

姓名： 胡燕梅 学号： 12305112

1. 论述形态学要素与聚合物/聚合物共混物性能的关系

从分散相和连续相的角度讨论共混物的形态学特征与性能的关系。从分散相的角度，主要考虑分散相粒径及粒径分布的影响；从连续相的角度，主要考虑分散相颗粒之间的基体层厚度的影响。此外，分散相颗粒的形貌对性能也有重要影响。

从分散相的角度探讨共混物形态与性能的关系 分散相的平均粒径通常应控制在某一最佳值附近。在弹性体增韧塑料体系中，弹性体为分散相，塑料为连续相，弹性体颗粒起塑料增韧剂的作用。弹性体颗粒过大或过小都对增韧改性不利。而对于不同的塑料基体（连续相），由于增韧机理不同，也会对弹性体颗粒的粒径大小有不同的要求。除了平均粒径之外，粒径分布对共混物性能也有重要影响。如弹性体颗粒的粒径分布过宽，体系中存在许多过大或过小的弹性体颗粒，而过小的弹性体颗粒几乎不起增韧作用，过大的弹性体颗粒则会对共混物性能产生有害影响。也有研究结果发现，当一种塑料的增韧能够以两种不同机理实现，而两种机理对橡胶粒径有不同要求的情况下，橡胶颗粒的粒径可以设法制备成双峰分布，以满足不同增韧机理对橡胶粒径的需要，从而让两种增韧机理发挥作用。双峰分布的橡胶粒径一般是通过加入两种不同的橡胶而获得的。

从连续相的角度探讨共混物形态与性能的关系 探讨弹性体颗粒之间的塑料基体层厚度（即分散相颗粒表面间距）对增韧作用的影响：当基体层厚度低于某一临界值，共混材料会实现脆-韧转变。塑料基体层的厚度，与弹性体（分散相）粒径的大小是密切相关的。在弹性体的添加量不变时，如果粒径减小，粒子数目相应增多，基体层的厚度就随之降低。而在分散相粒径不变时，分散相体积分数增大，基体层的厚度也会降低。在实际应用中，在共混物形态方面出现的问题往往是分散相粒径过大，以及粒径分布过宽。如何减小分散相粒径，以及控制其粒径分布，就成了共混改性中经常面临的重要问题。