第五章 有机-无机复合材料中的界面第一讲
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研读报告/文献综述1、有机/功能性无机复合材料界面改性及性能特点研究Interface characterization and preparation of organic——inorganic composites2、有机一无机复合材料的制备与界面特性3、(无机粒子填充型)导热绝缘复合材料(ZnO、Al)4、高导热先进复合材料设计制备、应用研究5、无机粒子改性聚丙烯材料以聚丙烯(PP)为基体,四针状氧化锌晶须(T-ZnO(下标w))为导热填料,用双螺杆挤出机制备导热绝缘的T-ZnO(下标w)/PP复合材料。
在w(T-ZnO(下标w))为0~30%的范围内,探讨了T-ZnO(下标w)的用量对T-ZnO(下标w)/PP复合材料的热导率(λ)、体积电阻率(ρ(下标v))、力学性能和加工性能的影响。
结果表明,随T-ZnO(下标w)用量的增加,T-ZnO(下标w)/PP复合材料的热导率提高,体积电阻率下降;材料的拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度均随T-ZnO(下标w)用量的增加呈先增大后减小的趋势,而熔体流动速率则呈增大趋势。
当T-ZnO(下标w)用量达30%时,材料的热导率达到最大值0.3803 W•(m•K)^(-1),比纯PP提高了55.9%;体积电阻率达到最小值6.17×1016Ω•cm,比纯PP降低了64.5%,仍可满足绝缘材料的要求。
对其断面结构的观察表明,T-ZnO(下标w)的针状结构有利于在PP基体中形成导热通路,从而提高材料的热导率。
Thermally conductive and electric-insulating polypropylene (PP) composites were prepared with a twin-screw extruder using tetrapod zinc oxide whisker (T-ZnO(subscript w)) as thermal conductive filler. The effects of T-ZnO(subscript w) content on the thermal conductivity (λ), volume resistivity (ρv), mechanical properties a nd processability of the T-ZnO(subscript w)/PP composites were investigated within the range of T-ZnO(subscript w) content from 0 to 30%. The results indicate that as the content of T-ZnO(subscript w) increases, the thermal conductivity of the T-ZnO(subscriptw)/PP composites increases while the volume resistivity decrease; besides, the tensile, flexural and impact strength of the T-ZnO(subscript w)/PP composites exhibit a tendency to increase firstly and then decrease, and the melt flow rate exhibit a tendency to increase. The T-ZnO(subscript w)/PP composite filled with 30% of T-ZnO(subscript w) possesses the maximum thermal conductivity and the minimum volume resistivity. The former is 0.3803 W•(m•K)^(-1), which is 55.9% higher than that of pure PP; and the latter is 6.17×1016 Ω•cm, which is 64.5% lower than that of pure PP but meets the requirements for electric-insulating materials. The observations of the fracture surfaces theT-ZnO(subscript w)/PP composites by means of SEM show that the tetrapod structure of T-ZnO(subscript w) is favorable to the formation of passage for heat conduction, thus increasing the thermal conductivity of composites.PP/滑石粉导热绝缘复合材料的制备与性能研究采用聚丙烯(PP)为基体,不同粒径滑石粉为填料,通过双螺杆挤出机挤出制备导热绝缘的PP/滑石粉复合材料。
复合材料概念时磊论呎―1 总论 1 1)复合材料概念、命名、分类及其基本性能。
概念:复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
命名:将增强材料的名称放在前面,基体材料的名称放在后面,再加上复合材料”。
f 连续纤维复合材料按増强材料形态<短纤錐复合材料粒状填料貝合材料I 编织复合材料「玻謫纤维复合材料碳纤维复合材料按瞄强纤维种类{有机纤维复命材料金属纤维复合材料 J 帥瓷纤维复合材料[聚合物基复合材料按基体材料{金属基以合材料[无机非金属基复合材料基本性能:可综合发挥各种组成材料的优点,使一种材料具有多种性能,具有天然材料所没有的性能。
可按对材料性能的需要进行材料的设计和制备。
可制成所需的任意形状的产品。
性能的可设计性是复合材料的最大特点。
2 2)聚合物基复合材料的主要性能比强度、比模量大;耐疲劳性能好;减震性好;过载时安全性好;具有多种功能性;有很好的加工工艺性。
3 3)金属基复合材料的主要性能高比强度、高比模量;导热、导电性能好;热膨胀系数小、尺寸稳定性好;良好的高温性能;耐磨性好;良好的疲劳性能和断裂韧性;不吸潮、不老化、气密性好。
4 4)陶瓷基复合材料的主要性能强度高、硬度大、耐高温、抗氧化,高温下抗磨损性好、耐化学腐蚀性优良,热膨胀系数和相对密度较小5 5)复合材料的三个结构层次按材料作用 J结构刼合材料 1 功能复合材料时磊 5 说-一次结构:由基体和增强材料复合而成的单层材料,其力学性能决定于组份材料的力学性能、相几何和界面区的性能。
二次结构:单层材料层合而成的层合体,其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何。
三次结构:工程结构或产品结构,其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。
6 6)复合材料设计的三个层次单层材料设计:包括正确选择增强材料、基体材料及其配比,该层次决定单层板的性能。
铺层设计:包括对铺层材料的铺层方案做出合理安排,该层次决定层合板的性能。
第1章绪论1.复合材料的定义(Composition Materials , Composite)复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
复合材料=基体(连续相)+增强材料(分散相)分散相是以独立形态分布在整个连续相中,两相之间存在着相界面。
分散相可以是增强纤维,也可以是颗粒或弥散的填料。
2.复合材料常见分类方法:1)按性能分:常用复合材料、先进复合材料2)按用途分:结构复合材料、功能复合材料3)按复合方式分:宏观复合、微观复合4)按基体材料分:聚合物基、金属基、无机非金属基5)按增强体形式分:纤维增强复合材料、颗粒增强、片材增强、叠层复合3.复合材料在结构设计过程中的结构层次分几类,各表示什么?在结构设计过程中的设计层次如何,各包括哪些内容?三个结构层次: 一次结构——单层材料——微观力学一次结构二次结构——层合体——宏观力学二次结构三次结构——产品结构——结构力学三次结构设计层次:单层材料设计、铺层设计、结构设计4.复合材料力学主要是在单层板和层合板这两个结构层次上展开的,其研究内容分为微观力学和宏观力学两部分。
第2章复合材料界面和优化设计1.复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观形式复合而成的多相材料。
2.复合材料界面机能:1)传递效应:基体可通过界面将外力传递给增强物,起到基体与增强体之间的桥梁作用2)阻断效应: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3)不连续效应:在界面上产生物理性能不连续性和界面摩擦现象,如抗电性、电感应性、磁性、耐热性等4)散热和吸收效应:5)诱导效应3.界面效应既与界面结合状态、形态和物理、化学性质等相关,也与界面两边组元材料的浸润性、相容性、扩散性等密切相关。
4.聚合物基复合材料是由增强体与聚合物基体复合而形成的材料。
聚合物基复合材料分类:热塑性、热固性聚合物基复合材料。
热塑性聚合物基复合材料成型两个阶段:①熔体与增强体之间接触和润湿②复合后体系冷却凝固成型。