高分子纳米复合材料综述.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 反应性增容制备纳米粒子填充聚丙烯的性能 PP/PP-NH2/PGMA=87/10/0.9 Impact strength = 2.43 kJ/m2 PP-NH2含量的影响 SiO2-g –PGMA: 1.26 vol.% 其它方法 溶液共混：属于一种液态粉末处理工艺，优点包括低粘度、高分散性、有利于分子水平的结合、强界面结合、易于成膜等。 实际操作时还可与熔融共混结合起来。 其它方法 机械合金化方法：通过力化学的作用在室温将各组分复合起来。球磨法是一种代表性技术，在连续的碰撞过程中，各组分不断断裂和冷焊，形成坚固的结构。 填料无须进行预处理，特别适合于不相容体系。 其它方法 热喷涂：可克服熔融共混带来的高加工温度和溶液共混带来的溶剂问题，特别适合于制备复合材料涂层。 具体步骤举例：通过球磨在聚合物颗粒表面形成纳米粒子的嵌入层，该复合颗粒在高温射流的驱动下，一方面软化或熔融，另一方面撞击到基材表面后冷却形成致密均匀的涂层。 减摩耐磨方面的应用 高分子材料具有良好的自润滑特性 优点：易于成型，强度和模量较低，熔点较低，粘弹性，损伤容限高）； 缺点：承载能力低，热传导差，热变形温度低，尺寸稳定性差（蠕变）。 自润滑材料的要求 低剪切强度，能在对磨面上形成稳定的转移膜，抗压强度高，性能稳定。 添加无机填料改性（金属、金属氧化物等） 提高承载能力和热传导能力 形成稳定的转移膜 有助于降低摩擦系数 降低热膨胀 增加表面硬度 添加纳米无机填料的优点 完全保留原有块材的力学性能，而且微米级粒子的磨损性大为减少 增强转移膜 摩擦导致的材料损失量降低 纳米Si3N4/环氧树脂 关联分析 摩擦力化学反应 纳米SiO2/环氧树脂复合材料 反应性增容 Curing Grafting PGMA Epoxide group + Epoxy + DDS Cross link Epoxy Grafted nano-SiC Grafted nano-SiC bonded to epoxy matrix 甲基丙烯酸缩水甘油酯 纳米SiC接枝处理前后的分散状况 接枝PGMA前 接枝PGMA后 纳米SiC/环氧树脂复合材料 摩擦表面形貌 环氧树脂 纳米SiC-g-PGMA/环氧树脂 纳米SiC-g-PS-PGMA/环氧树脂 纳米SiC/环氧树脂 Ra=351nm Ra=84nm Ra=36nm 三、纳米复合材料的表征技术 结构表征和性能表征 结构表征主要指对复合体系纳米相结构形态的表征，包括粒子初级结构和次级结构（纳米粒子自身的结构特征、粒子的形状、粒子的尺寸及其分布、粒间距分布等，对分形结构还有分形维数的确定等），以及纳米粒子之间或粒子与高分子基体之间的界面结构和作用。 性能表征则是对复合体系性能的描述。 透射电子显微镜（TEM） 其分辨率满足观测纳米尺度的要求，与图象处理技术结合可用于确定纳米粒子的形状、尺寸及其分布和粒间距分布，以及分形维数的确定（但是统计意义上的确定）。 WAXS（广角X-射线衍射）：可用于确定纳米单元的结构参数，看是否存在结构畸变等，且可由衍射峰的半高宽计算对应晶面方向上的平均粒径；对广角X射线衍射谱进行径向分布函数处理，还能获得纳米粒子或基体近邻原子排布的变化情况。 SAXS（小角X-射线衍射）：可用于测定粒子的粒径分布、体积分数和粒子/基体界面积，且粒子排布造成的干涉效应也能在曲线上反映出来。 界面结构及相互作用表征技术：X-射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、激光拉曼光谱、红外光谱，DSC、动态粘弹谱、介电谱等。 扫描探针显微技术（包括STM、AFM等） AFM是采用一个对微弱力极敏感的微悬臂，上面固定一微小针尖，通过针尖在样品表面的扫描获得体系表面微观形貌及近原子级分辨率水平上的微细结构信息，而且利用AFM测量中对力的极端敏感性，它还可以测量体系纳米级力学性质，包括弹性、塑性、硬度和摩擦力等。 标准工作模式：接触模式 结语 尽管有关纳米无机颗粒填充聚合物复合材料的研究尚未全面展开，但已有工作已经显示出这是一条很有发展前途的塑料改性途径。 与微米级颗粒填充不同，纳米颗粒填充能够在不影响加工性能的情况下，在较低的含量时同时提高复合材料的模量、强度、韧性、热变形温度、摩擦磨损性能等。 问题的关键是如何充分发挥纳米颗粒的作用。 为此必须解决以下几个问题： 纳米无机颗粒填充聚合物复合材料力学性能的上限 = ？ 在