资源描述：
《晶须及其在高分子材料中的应用_贾巧英》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第6期高分子通报·71·晶须及其在高分子材料中的应用贾巧英,马晓燕,梁国正,鹿海军(西北工业大学化学工程系,西安710072)摘要:简要介绍了目前高分子材料改性中常用的晶须,如钛酸钾晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须等,主要对其在橡胶、热塑性弹性体、热塑性树脂以及热固性树脂中的应用作了详尽论述。关键词:晶须;橡胶;热塑性弹性体;热塑性树脂;热固性树脂前言随着科学技术的飞速发展,高分子材料在各行各业中得到越来越广泛地应用,但是其耐热性不足、尺寸稳定性欠佳、高温力学性能下降较快等缺陷限制了它在某些特殊场合的应用。晶须是
2、近年发展起来的一种新型高性能针状单晶纤维增强材料,其尺寸微细,具有高强、高模、耐热性好等优[1～3]点。将晶须加入到高分子材料中,不但能够解决上述问题,还能大大改善材料的表面光洁[4～6]度。晶须增强高分子材料越来越受到人们的普遍关注,现成为树脂基复合材料发展的新方向之一,已广泛应用于空间和海洋开发、汽车和机械构件、精密零部件、建筑材料、医用材料等领域。本文对高分子材料改性中常用晶须及其改性高分子材料的研究情况作了概述。1晶须及其种类1.1晶须的特征晶须是在人工控制条件下以单晶结构形式生长的尺寸细小(直径小于
3、3μm)的高纯度针状纤维材料。晶须的直径细小,原子排列高度有序,内含缺陷较少,其强度接近材料原子间键力的理论值,是一种高性能的增强材料。与其它纤维状增强材料相比,晶须具有两个明显特征,外形特征与结构特征。(1)从外形上来说,晶须的几何尺寸细小,长径比比较大。而材料内部出现结构缺陷的几率正[3]比于其尺寸大小,由此不难推断出,晶须是一种内含缺陷较少、强度很高的材料。故用作填充材料时,晶须不但能起增强作用,而且对基体材料的工艺性影响较小,从而实现显微增强,使所得制品各向同性、表面质量高。(2)结构上,晶须是高纯度
4、的单晶体,原子排列高度有序,结晶完善,是一种高强度、高模量、耐热、耐磨的高性能新型增强材料。1.2晶须的种类在高分子改性中所用的晶须主要有聚合物晶须、陶瓷晶须以及无机盐晶须。聚合物晶须包括作者简介:贾巧英(1975-),女,陕西韩城人,中科院上海光学精密机械研究所在读博士研究生。1998年毕业于西北工业大学精细化工专业,2002年3月获得硕士学位,主要从事高性能树脂的改性研究工作。·72·高分子通报2002年12月[7～9][10]自然界存在的天然晶须如天然纤维素晶须,还有人工控制下生长的晶须,如聚甲醛晶须和
5、各[11]种聚酯晶须等。这些晶须的外观特征与其它晶须一样,呈微细的针状结构,表面光滑。它们是由聚合物链沿晶须轴向紧密堆砌而成的,有非常高的结晶度,是聚合物结晶体中物理、化学结构最完美的结晶形式,具有很高的强度、模量以及优良的耐热性,可用作聚合物基复合材料理想的增强材料。影响聚合物晶须生长的主要因素是溶液浓度、单体浓度以及搅拌速度。一般在弱极性溶剂、单体浓度小(<5%)、搅拌速度低(最好为零)情况下结晶聚合物才能以晶须的状态出现。陶瓷质晶须主要指各种氧化物、碳化物、氮化物及石墨等晶须,与其它晶须相比,这些晶须具
6、有更高的强度、模量及耐热性等特点。无机盐晶须主要是指各种硫酸盐以及碳酸盐晶须等,它们具有较低的价格,更高的性格比,在聚合物改性中有着更为广泛的应用前景。下面就目前高分子材料改性中常用的晶须作简要介绍,其性能见表1。表1晶须的性能晶须密度Pg·cm-2直径P长度P拉伸强度比强度弹性模量P比模量莫氏熔点耐热性μmμmPGpaP106cm102GpaP108cm硬度P℃P℃SiC3.150.05～1.55～20021665.919926901600ZnO5.780.2～3.010～30010173.56.1-172
7、01300Al18B4O332.930.5～1.010～308273.913714401200K2Ti6O133.300.2～0.510～1007212.88.5413701200CaSO42.961～450～20021711.86.13～414501200CaCO32.860.5～1.020～30-----1339800BMS2.300.5～1.020～800.4-----300BMS为MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O。11211钛酸钾晶须钛酸钾晶须属于单斜晶系单晶体,化学通式为K2O·nTiO2,其
8、结构随n值的不同而不同,相应的性能也有很大差别,通常n取2、4或取6。当n为2或4时,其分子呈层状结构,钾离子位于层间具有很强的离子交换性,在阳离子交换方面有独特的应用价值,此外还可用于过滤、催化剂载体及吸附等方面。n取6时,其分子主体呈隧道结构,钾离子处于隧道中间,结构稳定,具有优良的物理机械性能,广泛用于高分子材料、陶瓷、金属、摩擦材料及隔热、绝缘材料等方[1,12,13]面。钛酸钾晶须最初作为
