半晶聚合物复合材料中的横晶.pdfVIP

第3期 高 分 子 通 报 萨氍髂**“o喻 l综 述l 《{}}；—；}}．；}寻—暑}≥—；}鲁∞爹 半晶聚合物复合材料中的横晶 权 慧，李忠明”，杨鸣波。，黄 锐 (四川大学高分子科学与工程学院，高分子材料工程国家重点实验室，成都610065) 摘要：半晶聚合物复合材料，尤其是纤维增强的半晶聚合物复合材料，在其界面区常有横晶结构生成。本 文综述了横晶自发现至今的研究情况，对横晶的形成和生长机理进行了描述，对影响横晶生成和性质的因素进 行了分析，着重介绍了几种典型半晶聚合物复合材料体系的横晶形态，并讨论了横晶对界面特性和复合材料性 能的影响。 关键词：横晶；半晶聚合物复合材料；纤维 前言 半晶聚合物常与各种有机或无机物复合，达到改善力学性能、降低成本等目的。增强物的加入往往 会导致材料界面区域形态和结晶性的改变。半晶聚合物(如聚丙烯、聚乙烯、尼龙等)与各种纤维或微粒 复合时，纤维或微粒可作为半晶聚合物的成核剂，聚合物基体在其表面大量成核，具有较高的核密度，由 于成核位置高度集中，对最初形成的球晶晶核向三维空间生长形成阻碍，因而每个核只能在垂直于基材 3，图1为典型的横晶结构∽1。 称Tc)或横晶层(Transcrystallinetayer，简称TCL)¨一7 增强纤维[如玻璃纤维(GF)、高模量碳纤维(HMCF)、 聚烯烃纤维、芳纶(aramid或Kevlar)纤维、聚四氟乙烯 (PTFE)纤维、天然纤维(NF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)纤维等]和一些粒子(如金属、滑石粉等)对半晶聚合 物(如等规聚丙烯(iPP)、聚乙烯(PE)、尼龙(PA)、聚醚醚 酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)等)均具有成核作用，能在其表 面诱导结晶，形成横晶结构。横晶结构具有各向异性，它 的形成对于聚合物／基材的界面性质产生较大影响，而界 面特性很大程度上也影响着复合材料的性能。尽管有一 图l唧纤维，；PP体系在150℃等温结晶 些报道认为横晶可以改善一些复合材料的力学性能，但横 24h的横晶结构㈦ 晶形成的机理还没有被解释清楚，尤其是无法预测横晶会 Fi即。1Th。TCinPTFE胁er／iPP。。mp。sit。。hich 在何种纤维和基体的界面产生。纤维类型、纤维表面涂层 at h． 150。Cfo，24 。鹬isoth。nn。lly。w。talli：。d 和拓朴结构、基体聚合物种类和热历史等均会对横晶产生 影响¨]。一直以来，横晶对基体／基材界面形态和材料性能的影响都具有争议。有人认为横晶的生成可 改善界面粘合进而可改善材料的力学性能，而也有研究发现横晶会使纤维／基体的结合强度降低或没有 影响‘9川’。 自Jenckel等¨11952年首次描述了横晶的生成之后，就有很多学者展开了横晶的研究，探讨不同基体 基金项目：国家自然科学基金29934070)； 作者简介：权慧(1980．)女，四川大学在读硕士，主要进行原位微纤化复合材料结晶的研究。 *通讯联系人 万方数据 高 分 子 通 报 2005年6月 聚合物和纤维，以及各种结晶条件下横晶的形成和影响横晶的因素。但是，人们对横晶还没有认识很清 楚，特别是对横晶的形成机理说法不一。此外，很多因素影响横晶的生成。本文介绍了横晶的形成机理 和影响因素，重点介绍了几种典型半晶聚合物复合材料的横晶形态，最后阐述了横晶对复合材料界面和 性质的影响。 1 横晶的形成和影响因素 Hobbsu3|、Thomason和Van 应力导致横晶形成；Beck和Ledbetter[1