层间结构材料在复合材料中的利用

       现代科学技术的高速发展，对聚合物的复合改性和增强剂的特殊层间结构的利用提出了更为严格的要求，人们已不仅仅局限于新材料的创造、发现和应用上，己使科学研究进入一个各种材料综合使用的新阶段，向着按预定性能设计新材料的方向发展。

      聚合物基复合材料由基体和增强剂或功能剂两个相组成。增强剂或功能剂包括l维的（纤维）、2维的（片状料）及3维的（颗粒料）。50多年来，纤维系复合材料有了较深入的研究和发展：而对大尺寸粒料作为3维材料，往往仅作为填充物料制备混合材料而己，近10多年来，O维超细微粒（包括纳米微粒）作为增强剂和功能剂制各功能复合材料及增强增韧复合材料的研究课题广泛展开。本文针对研究O维超细微粒的增强增韧复合材料中，重点讨论其层间结构的利用。

1、0维物料对聚合物复合的结构特征

      聚合物的改性一般可分为化学改性和物理改性。
      对聚合物进行物理复合作用中，很重要的一点是要求能显著改善聚合物的物理机械性能、耐磨擦性能、热学性能、耐老化性能等，所以物料（增强剂或功能剂）应该既有增量作用，又有复合改性效果。当然并非所有物料都能起这种作用。这与物料本身及复合体系的结合状态有关，主要影响因素有：(1)物料的种类、形状、结构和表面性质、物料的粒径、尺寸分布以及物料的用量；(2)聚合物的种类、性质和分子量；(3)聚合物复合体系的界面特征及两相的相互作用；(4)复合技术及形成的复合体系形态；(5)复合体系其他添加剂成分的影响。

       通常认为，增强体（或功能体）／聚合物间的相互作用是通过不同物质间的化学键合、分子间的作用力（包括氢键等）、极性、酸碱作用、表面碇系效应（聚合物在物料表面空隙中的嵌入固定作用）等形式来进行的，体系中聚合物的取向及物料粒子的取向也影响这种相互作用。

       聚合物/O维物料的结合可简单分为四类：(1)单纯的物理混合。此时往往由于物料、聚合物间极性及相容性的差异，使物料在聚合物中分散不良，导致两相界面上存在空洞和缝隙，界面粘结不良。由比产生应力集中导致界面破坏，故填充体系性能很差。(2)润湿作用，导致较均勾的混合。此时则可改善物料的分散性及聚合物／物料界面上的结合情况，复合体系性能有所提高。(3)两相界面上良好的相容性好，物料表面润湿良好，界面上不同物质间极性、氢链、酸城作用或物理粘接，导致的相互作用增强，复合体系稳定姓好，物理机械性能显著提高。(4)两相界面上形成化学键合结构。这时，复合体系稳定性大为加强，所得复合材料的物理机械性能最佳。

      对0维增强体及聚合物复合体系相互作用的研究表明，两相体系界面上的润湿作用、化学键合作用及应力松弛作用等是影响复合材料性能的主要因素。因此，对物料进行改性是改进和提高复合材料性能的重要途径。

      大多数0维物料的表面富有活性，可以用活性剂进行改性、用偶联剂处理、表面接枝和用聚合物包复以及进行等离子体处理等方法进行改性。

      对于一些具有层状结构的0维物料（这些物料，因具有层状结构，往往是2维微片状，但因是细小粉末，通常也把它们看作0维物料），如石墨和粘土类矿物，其层间也有较大活性，这些0维物料的特殊层间结构为开发新型复合材料提供了可能性。


资料下载：   层间结构材料在复合材料中的利用.pdf