[發(fā)明專利]聚合物基復(fù)合材料界面的聚合物刷結(jié)構(gòu)及其構(gòu)筑方法和應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910047180.8
• 申請日: 2009-03-06
• 公開（公告）號: CN101497252A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周曉東;李殷;林群芳;范傳杰;方立;袁冠軍
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號: B32B27/00
• 分類號: B32B27/00;B32B27/20;B32B33/00;C08F297/00;C08J5/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 王敏杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚合物刷結(jié)構(gòu)及其構(gòu)筑方法和應(yīng)用，尤其是聚合物基復(fù)合材料界面的聚合物刷結(jié)構(gòu)及其構(gòu)筑方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

界面是復(fù)合材料重要的微結(jié)構(gòu)，界面的結(jié)構(gòu)與性能決定了復(fù)合材料的性能。要使復(fù)合材料中的增強纖維充分發(fā)揮增強作用，必須在纖維與樹脂基體間形成有效的界面粘結(jié)。無機(jī)的增強材料與聚合物間的相容性、親和性一般較差，通常情況下難以形成有效的粘結(jié)，纖維無法充分發(fā)揮其增強的作用，復(fù)合材料的力學(xué)性能較差。通過對纖維的表面改性(如蝕刻、表面接枝、偶聯(lián)劑處理、表面涂覆等方法)及樹脂基體的物理、化學(xué)改性(引入可反應(yīng)的活性基團(tuán))等方法，可以改善纖維與基體間的潤濕性，甚至在纖維與基體之間形成化學(xué)鍵結(jié)合，能有效地提高纖維與基體間的界面粘結(jié)強度，有利于提高復(fù)合材料的強度及模量。但過強的界面粘結(jié)會造成復(fù)合材料沖擊韌性的下降，為了獲得沖擊韌性較好的復(fù)合材料，不得不犧牲部分強度和模量，設(shè)計適度的界面粘結(jié)。

纖維增強的聚合物復(fù)合材料中存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，增強材料與樹脂基體間熱物理性質(zhì)存在較大的差異，在復(fù)合材料制備、成型及儲存過程中由于溫度的變化，會在界面處形成熱應(yīng)力，將對界面?zhèn)鬟f載荷的能力產(chǎn)生不利影響。細(xì)觀力學(xué)分析認(rèn)為，在界面引入柔性層，能使界面均勻地傳遞載荷、減少應(yīng)力集中、松弛界面殘余應(yīng)力、提高復(fù)合材料的韌性。國外學(xué)者^[1～6]在纖維表面通過聚合及涂覆等方法包覆一層橡膠狀的柔性鏈聚合物或模量及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于基體樹脂的熱塑性聚合物，希望在強度、模量沒有顯著下降的情況下，較大程度地提高復(fù)合材料的抗沖性能，國內(nèi)也有學(xué)者進(jìn)行了類似的研究。發(fā)明人通過橡膠分子鏈在玻璃纖維表面的接枝與交聯(lián)，在玻璃纖維增強聚丙烯復(fù)合材料中引入了界面柔性層，獲得了韌性較高的復(fù)合材料。如文獻(xiàn)：[¹]Mohammad?M.Ranjbaran，Bamin?Khomami.，Polymer?Engineeringand?Science，1996，36：1875-1885.[²]Pegoretti?A，Accorsi?M.L.，Dibenedetto?A.T.，Journal?ofMaterials?Science，1996，31：6145-6153.[³]Tillie?M.N.，Lam?T.M.，Gerard?J.F.，CompositesScience?and?Technology，1998，58：659-663.[⁴]Pegoretti?A.，F(xiàn)idanza?M.，Migliaresi?C.，DibenedettoA.T.，Composites，Part?A：Applied?Science?and?Manufacturing，1998，29：283-291.[⁵]Labronici?M.，Zshida?H.，Composite?Interfaces，1998，5：257-275.[⁶]Rohchoon?Park，Jyongsik?Jang，CompositesScience?and?Technology，1998，58：979-985。

但這類界面層的性質(zhì)及其引入的工藝條件對界面結(jié)合強度有很大的影響，引入的柔性層很難與基體聚合物形成良好的粘結(jié)，界面剪切強度較低，材料強度及模量均有不同程度的下降。如何獲得高強度、高韌性的界面結(jié)構(gòu)，是使復(fù)合材料強度、模量及韌性等性能均衡提高的關(guān)鍵，仍是國內(nèi)外復(fù)合材料研究者需要進(jìn)一步解決的問題。

發(fā)明人合成了一種無規(guī)共聚物大分子偶聯(lián)劑(CN?1298890?A)，采用該偶聯(lián)劑對無機(jī)填料(云母、碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、玻璃微珠)進(jìn)行表面處理，在一定程度上提高了填料填充聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能。但局限于無規(guī)共聚物的分子結(jié)構(gòu)特征，偶聯(lián)劑與聚合物基體之間的相互作用及形成的界面結(jié)構(gòu)通過變形吸收能量的能力有待于進(jìn)一步增強。

發(fā)明人還通過陰離子聚合反應(yīng)可控合成了一種嵌段共聚物，如CN1446834A專利所公開的技術(shù)，采用所合成的共聚物對云母、硅灰石、木粉、玻璃微珠進(jìn)行改性，有效地改善了改性填料與聚丙烯、聚苯乙烯復(fù)合材料的強度、模量及韌性；采用合成的共聚物處理的玻璃纖維與聚苯乙烯復(fù)合后，亦可在一定程度上提高復(fù)合材料的界面粘結(jié)強度。

發(fā)明內(nèi)容