[发明专利]聚合物基复合材料界面的聚合物刷结构及其构筑方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物刷结构及其构筑方法和应用，尤其是聚合物基复合材料界面的聚合物刷结构及其构筑方法和应用。

背景技术

界面是复合材料重要的微结构，界面的结构与性能决定了复合材料的性能。要使复合材料中的增强纤维充分发挥增强作用，必须在纤维与树脂基体间形成有效的界面粘结。无机的增强材料与聚合物间的相容性、亲和性一般较差，通常情况下难以形成有效的粘结，纤维无法充分发挥其增强的作用，复合材料的力学性能较差。通过对纤维的表面改性(如蚀刻、表面接枝、偶联剂处理、表面涂覆等方法)及树脂基体的物理、化学改性(引入可反应的活性基团)等方法，可以改善纤维与基体间的润湿性，甚至在纤维与基体之间形成化学键结合，能有效地提高纤维与基体间的界面粘结强度，有利于提高复合材料的强度及模量。但过强的界面粘结会造成复合材料冲击韧性的下降，为了获得冲击韧性较好的复合材料，不得不牺牲部分强度和模量，设计适度的界面粘结。

纤维增强的聚合物复合材料中存在应力集中现象，增强材料与树脂基体间热物理性质存在较大的差异，在复合材料制备、成型及储存过程中由于温度的变化，会在界面处形成热应力，将对界面传递载荷的能力产生不利影响。细观力学分析认为，在界面引入柔性层，能使界面均匀地传递载荷、减少应力集中、松弛界面残余应力、提高复合材料的韧性。国外学者^[1～6]在纤维表面通过聚合及涂覆等方法包覆一层橡胶状的柔性链聚合物或模量及玻璃化转变温度低于基体树脂的热塑性聚合物，希望在强度、模量没有显著下降的情况下，较大程度地提高复合材料的抗冲性能，国内也有学者进行了类似的研究。发明人通过橡胶分子链在玻璃纤维表面的接枝与交联，在玻璃纤维增强聚丙烯复合材料中引入了界面柔性层，获得了韧性较高的复合材料。如文献：[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.，Fidanza 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。

但这类界面层的性质及其引入的工艺条件对界面结合强度有很大的影响，引入的柔性层很难与基体聚合物形成良好的粘结，界面剪切强度较低，材料强度及模量均有不同程度的下降。如何获得高强度、高韧性的界面结构，是使复合材料强度、模量及韧性等性能均衡提高的关键，仍是国内外复合材料研究者需要进一步解决的问题。

发明人合成了一种无规共聚物大分子偶联剂(CN 1298890 A)，采用该偶联剂对无机填料(云母、碳酸钙、滑石粉、硅灰石、玻璃微珠)进行表面处理，在一定程度上提高了填料填充聚丙烯复合材料的力学性能。但局限于无规共聚物的分子结构特征，偶联剂与聚合物基体之间的相互作用及形成的界面结构通过变形吸收能量的能力有待于进一步增强。

发明人还通过阴离子聚合反应可控合成了一种嵌段共聚物，如CN1446834A专利所公开的技术，采用所合成的共聚物对云母、硅灰石、木粉、玻璃微珠进行改性，有效地改善了改性填料与聚丙烯、聚苯乙烯复合材料的强度、模量及韧性；采用合成的共聚物处理的玻璃纤维与聚苯乙烯复合后，亦可在一定程度上提高复合材料的界面粘结强度。

发明内容