聚合物基复合材料课件

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1、聚合物基复合材料复合材料：由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成的多相固体材料。一般由基体组元与增强体或功能组元所组成。复合材料特点：可设计性即通过对原材料的选择、各组分分布设计和工艺条件的保证等，使原组分材料优点互补，因而呈现出出色的综合性能。概述聚合物基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料碳基复合材料水泥基复合材料复合材料概述复合材料的四要素基体材料：聚合物填料：活性（增强、功能化）或非活性填料复合技术：制备方法（原位复合、模板复合等）、成型加工方法（注射、模压等）界面设计：两相界面的控制与设计高

2、分子复合材料填料非活性填料：碳酸盐（碳酸钙、碳酸镁）、硅酸盐等。活性填料：玻璃纤维、硅质（SiO2、硅酸盐）、碳质（石墨）等。通用填料1.比强度和比模量高比强度（抗拉强度与密度之比）和比模量(弹性模量与密度之比)高，说明材料轻而且刚性大。2.良好的抗疲劳性能疲劳是材料在循环应力作用下的性质。复合材料能有效地阻止疲劳裂纹的扩展。复合材料的性能3.减振性能好在工作过程中振动问题十分突出，复合材料为多相系统，大量的界面对振动有反射吸收作用。且自振动频率高，不易产生共振。4.高温性能好复合材料在高温下强度和模量基本不变。最

3、初纳米材料(Nanomaterial)是指粒径为1100nm的超细颗粒和由超细颗粒构成的薄膜和固体。现在，广义地纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米复合材料（nanocomposites）是指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料。聚合物基纳米复合材料纳米材料简述尺度：0.1~100nm维数零维：纳米粒子；一维：纳米管、纳米线；二维：薄膜；三维：纳米材料单一或单相材料：纳米粒子、纳米管、纳米线纳米复合材料0-0复合、0-3复合、0-2复合；纳米组装体系、纳米

4、尺度图案材料(1)小尺寸效应：当颗粒尺寸减小到纳米量级时，一定条件下导致材料宏观物理、化学性质发生变化。由于比表面积大大增加，使纳米材料具有极强的吸附能力。如光吸收显著增强；纳米陶瓷可以被弯曲，其塑性变形可达100%；纳米微粒的熔点低于块状金属，如块状金熔点为1337K，而2nm的金微粒的熔点只有600K。1.纳米材料的性能(2)表面效应：指纳米粒子表面原子数与总原子数之比，随粒径的变小而急剧增大后所引起性质上的变化。例如，5nm的粒子，表面原子占50%；而2nm的粒子，表面原子占80%。表面原子增加，使表面能增高

5、，大大增强了纳米粒子的化学活性，使其在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性。(3)量子尺寸效应：随着粒子由宏观尺寸进入纳米范围，准连续能带将分裂为分立的能级，能级间的距离随粒子尺寸减小而增大，这种能级能隙变宽的现象称为量子尺寸效应。这种量子尺寸效应导致纳米粒子具有与宏观物质截然不同的反常特性。例如，粒径为20nm的银微粒在温度为1K时出现由导体变为绝缘体的现象。(4)宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势

6、垒而产生变化，被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。扫描隧道显微镜的基本原理就是基于量子隧道效应.宏观量子隧道效应限定了磁带、磁盘进行信息存储的时间极限。纳米材料的制备纳米微粒的制备方法有很多种，按反应性质可分为物理法、化学法；按制备系统和状态又可分为气相法、液相法和固相法三大类。1）物理方法a、真空冷凝法块体材料在高真空条件下挥发，然后冷凝成纳米颗粒。b、机械球磨法以粉碎和研磨相组合，适合制备脆性材料的纳米粉c、喷雾法通过将含有制备材料的溶液雾化以制备微粒的方法。d、冷冻干燥法首先制备金属盐的水溶液，然后将溶液冻结，

7、在高真空下使水分升华，原来溶解的溶质来不及凝聚，则可以得到干燥的纳米粉体。a、气相沉积法利用金属化合物蒸气的化学反应来合成纳米微粒的一种方法。b、化学沉积法将沉淀剂加入到包含一种或多种粒子的可溶性盐溶液中使其发生化学反应，形成不溶性氢氧化物、水合氧化物或者盐类，而从溶液析出，然后经过过滤、清洗并经过其他后处理步骤可以得到纳米颗粒材料。2）化学法c、水热合成法是在高温、高压反应环境中，采用水作为反应介质，使得通常难溶或不溶的物质溶解、反应，还可进行结晶操作。d、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法的基本过程是:一些易水解的

8、金属化合物(无机盐或金属醇盐)在某些溶剂中与水发生反应,经过水解与缩聚过程,首先生成溶胶，再生成具有网状结构的凝胶，然后经过干燥、烧结等后处理工序，制成所需材料。例如，TiCl4+4NH3.H2O→Ti(OH)4+4NH4ClTi(iso-OC3H7)4+4H2O→Ti(OH)4+4(CH3)2CHOHTi(OC4H9)4+4H2O→Ti(OH)4+4C4H