【摘 要】
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在聚合物基复合材料中使用功能添加物作为分散相,用于改变聚合物已有性质和赋予聚合物新的功能等方面扮演着重要角色,是拓展聚合物材料应用的重要手段。在复合材料制备过程中存在着改善界面特性和控制分散状态两个重要方面,显著影响着复合材料的性能。水滑石作为一种层状结构的双金属氢氧化物广泛应用于聚合物基复合材料,由于其层板金属离子和层间结合水的存在易对聚合物基体造成降解等不利影响,同时极性表面引起的分散状态不良
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在聚合物基复合材料中使用功能添加物作为分散相,用于改变聚合物已有性质和赋予聚合物新的功能等方面扮演着重要角色,是拓展聚合物材料应用的重要手段。在复合材料制备过程中存在着改善界面特性和控制分散状态两个重要方面,显著影响着复合材料的性能。水滑石作为一种层状结构的双金属氢氧化物广泛应用于聚合物基复合材料,由于其层板金属离子和层间结合水的存在易对聚合物基体造成降解等不利影响,同时极性表面引起的分散状态不良削弱了其作为补强剂和异相成核剂的作用,因此使用焙烧和有机化处理手段对水滑石分散相进行改良,研究其在不相容共混聚合物体系下的分散特点和作用,考察其影响共混物结晶性能和熔体特性的规律。利用导电性能优异的碳纳米管,选用不相容共混聚合物体系,控制碳纳米管的分散区域,探索相态结构演变与导电性能之间的相关性。本文初步探索了功能无机分散相的分散状态影响复合材料微观结构和性能的因素,所得研究成果如下:研究焙烧温度和时间对水滑石结构和组成的影响,在300℃的温度下焙烧24h可以有效降低层间水含量并保持水滑石层状结构。将其在非水溶剂中实现了十二烷基磺酸钠插入水滑石层间,焙烧插层改性的水滑石加入到海岛结构马来酸酐接枝聚丙烯-聚乳酸（PP-g-MAH-PLA）共混体系中,其作为无机分散相增强了两相界面的相容性,引起PP-g-MAH的相畴尺寸减小,相比单相体系,共混后二者Tg相互靠近。使用超临界二氧化碳（sc-CO2）发泡技术制备发泡材料,发现焙烧改性水滑石作为优异的成核剂使得PP-g-MAH-PLA复合材料的泡孔尺寸从68.1μm减小到19.3μm,泡孔密度从1.5x10~6个/cm~3增加到2.9x10~8个/cm~3。为了研究水滑石的选择性分散作用,利用母粒预分散两步法将水滑石母粒加入到聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚乳酸（PLA）的共混物中,缓解水滑石对聚乳酸的降解作用。分析结果表明水滑石主要分散于PLA相中,少部分存在于两相界面。随着水滑石含量的添加,降低了两相的界面张力的同时提高了界面粘附力,实现了水滑石母粒对共混物的增容改性和提高了三元复合材料熔体强度。通过sc-CO2发泡技术,考察泡孔结构得出LDHs作为有益的气核成核剂,减少泡孔的平均直径,显著提高泡孔密度,可达到7.7x10~9个/cm~3。研究无机分散相在多相不相容共混体系中区域分散,探讨纳米粒子选择性分散的影响因素,研究碳纳米管（CNTs）在基体中的选择性分布行为。将CNTs加入到聚己内酯（PCL）和PLA相中,以研究其选择性分布、结晶、相畴尺寸、导电和力学行为。结果显示,CNTs主要分布在PCL相中,随着CNTs含量增多,CNTs明显向两相界面迁移。不相容共混体系中增加碳纳米管从0增加到1.25phr时,CNTs增大了PCL粘度,相畴尺寸从3～4μm增加到8～10μm。在碳纳米管-海岛结构不相容共混体系的PCL20/PLA80/CNTs复合材料中,CNTs添加量为1phr时体积电阻率可达10~6?·cm,这是由于PCL20/PLA80/CNTs复合材料的中CNTs集中分散在PCL岛相中,降低了隧穿效应的势垒,增强了复合材料的导电性能。调整PCL与PLA的质量比获得连续结构的不相容共混结构,研究碳纳米管在连续结构不相容体系下的选择性分散作用。结果表明在连续结构的共混物中,碳纳米管选择性分布在PCL相中,并且随着碳纳米管含量增多,双连续相的相畴形成更细密的双连续相结构。在碳纳米管-连续结构的不相容共混体系的PCL40/PLA60/CNTs复合材料中导电渗流阈值为0.6phr,相比PCL/CNTs复合材料中的导电渗流阈值1.3phr降低了53.8%,由于导电粒子在双连续相结构中区域集中分布,加强了隧穿效应和导电网络的有效性,有效降低了逾渗值。
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