标签:热塑性复合材料
本文于2017年首次发表，并于2022年修订。
聚烯烃复合材料或POC通常被定义为含有两个或更多的阶段，并且有明显的边界在两个阶段之间。不同的独特系统的精心组合可以在单独的组件上改善结构和功能。
通过适当的工程技术，可以提高聚合物的性能。
目前POC的一些应用包括它们在汽车零部件中的应用。具体来说，人们对汽车保险杠横梁有很大兴趣。此外，聚烯烃复合材料目前也用于建筑应用。对于所描述的许多用途，natural-filled聚烯烃复合材料都是理想的选择材料。
尽管POC有多个应用程序，但仍然有一些东西限制了它的性能。让我们看看这是什么，如何才能克服它……
是什么限制了聚烯烃复合材料的使用?
POC的主要问题之一是限制了它们在更多应用中的使用
聚烯烃基聚合物与增强纤维或填料之间的不相容性。界面处的不相容性导致两种材料在复合结构中的粘附减少。
这一因素限制了通过界面传递的应力，意味着纤维或颗粒的增强潜力不能充分发挥，特别是短纤维和颗粒。
不兼容也会导致
聚集体的纤维或颗粒而不是均匀地分散在聚合物基体中。这一事实导致要么没有实现最佳的性能剖面，要么在最终复合材料中存在非常不均匀的性能。
|
注意:
聚烯烃基聚合物与增强纤维或填料之间的不相容性导致两种材料之间的粘附减少和填料在聚合物基体内的聚集 |
相关阅读:优化热塑性复合材料基体纤维界面的解决方案
克服聚合物复合材料的不相容性
在基于聚合物而非聚烯烃的复合材料中，有几种成熟的方法可以解决这些不相容性问题。所使用的技术包括:
- 偶联剂的使用
- 使用增容剂,
- 用过氧化物、高锰酸盐和血浆处理纤维
这些技术在各种基质聚合物/增强材料组合中都取得了不同程度的成功。
一般来说，这些方法都是建立在基体聚合物和复合材料中的增强材料之间的化学或物理相互作用的基础上的。与没有这种相互作用的材料相比，这种相互作用导致了一个改进的界面。
这种相互作用往往是由于在聚合物基体和增强材料的结构中存在特定的化学功能或基团。基体聚合物中的化学基团与强化层中的化学基团相互作用，从而在复合结构中形成有利的界面。
然而，使用聚烯烃作为基质聚合物的问题是，与复合材料中的增强体相互作用的可能性有限。与没有极性化学基团的聚烯烃聚合物一般存在。正是这种极性官能团的存在，通常导致所需的相互作用类型
复合材料界面性能良好．
改进聚烯烃复合材料界面的方法
有几种方法可以克服聚烯烃中化学功能的缺乏。
1 .聚烯烃的等离子体处理
其中一种已经成功应用的方法是聚烯烃的表面处理，使用各种技术，包括等离子体处理。这种方法可以包括使用各种材料作为添加剂以及处理本身。
这项技术无疑增加了非极性聚烯烃聚合物的化学功能。然而，所产生的化学物质往往是多种多样的，并不是总能得到可重复的结果。此外，由于该技术涉及使用额外的加工，有增加成本的聚烯烃材料。这影响了聚烯烃使用的积极特性之一，聚合物本身相对较低的成本。
#2 -使用偶联剂
通常,
耦合剂使用的是功能化树脂是经过化学改性的聚烯烃。常用的化学官能之一是聚合物主链上的酸酐化学基团。树脂的极性功能允许它在不同材料的混合物中起偶联剂的作用，比如在聚烯烃复合材料中。
偶联剂的聚烯烃部分与聚烯烃基体聚合物相容，而酸酐功能促进与复合材料中的增强物相互作用。该树脂用于各种应用，包括填充/增强聚烯烃配方，以及玻璃填充和矿物填充聚烯烃/纤维复合材料的添加剂。
但一定要寻找彼此的契合度，否则……
这一常规方法已成功地应用于几种含有天然纤维的聚烯烃复合材料
在复合。在这些类型的复合材料中，疏水聚烯烃基质可以保护增强体免受湿度的影响。然而，基质和增强材料之间的间隙，就像在未相容产品中经常观察到的那样，作为湿度进入材料的途径。的
吸收的水分导致组合中的维度更改。这几乎是所有应用程序的问题。此外，吸收的水分会导致机械性能和产品寿命的降低。
#3 -通过纤维改性聚烯烃表面
与偶联剂一样，这种相互作用可以通过纤维增强，通常是通过改变纤维表面来增强。以纤维为基础的方法通常取决于纤维在有机溶剂或水溶剂中的改性。最常见的处理是硅烷处理，其次是马来化聚烯烃。
- 有机和无机材料通过硅烷的基本相互作用是这样发生的:
有机与无机材料的硅烷相互作用
在这个分子中，官能团R是与聚烯烃基质聚合物相容的部分。另一方面，这个分子中的X基团与聚烯烃复合材料的无机部分相互作用。通过选择具有适当的R和X基团的硅烷部分，可以根据需要定制与聚烯烃基质聚合物以及无机增强剂的相容性。
- 马来化聚烯烃在传统复合材料中是有效的，比如PP-glass纤维材料．纤维或填料的预处理通常采用马来酸聚合物的有机溶液进行。在这些情况下使用的溶剂通常是沸腾的二甲苯或热甲苯。在这两种情况下，在对复合材料进行额外处理之前，需要从纤维或填料中去除溶剂。此外，基于熔体的预处理既可以在轧机中进行，也可以在热动力学混合器中进行。
这两种方法都可以提高拉伸和弯曲强度。然而，增加的影响产品硬度通常在大小上更小。对硅烷和马来化聚烯烃的纤维和填料进行预处理，结果表明冲击强度而且水吸收目前还太少，无法得出明确的结论。此外，在冲击强度测试的情况下，测试结果的解释经常被用于测定的各种各样的方法(Charpy, Izod等)所蒙蔽。
增强聚烯烃纳米复合材料的改性蒙脱土
如果不简要地提及纳米复合材料，对聚烯烃复合材料的一般性讨论是不完整的。最近,
聚烯烃纳米复合材料已经引起了重大的研究兴趣。研究活动主要集中在使用化学改性蒙脱土作为加固材料。在4-6 wt. %的低纳米粘土负载下，改善了气体阻隔和机械性能。使用上述技术继续改善这些复合材料界面的方法正在研究中。
总结了改进聚烯烃复合材料的最佳方法
综上所述，改进聚烯烃复合材料界面的方法有两种。
- 利用偶联剂对聚烯烃基聚合物进行改性是可能的。这些偶联剂既可以作为化学功能引入到聚烯烃基体上，也可以通过使用添加到聚合物/填料组合中的增容剂来引入。
- 通过对填料纤维本身进行改性，可诱导其与聚烯烃基聚合物的相容性。通过这种方法可以在纤维或填料表面添加不同的化学基团。受影响最大的物理性能是拉伸和弯曲强度。关于其他性质的结论需要更多的研究来定义观察到的效果。
最后，在聚烯烃复合材料中结合这两种方法当然是可能的。各种方法的最终目标是
增强这些材料的界面附着力．通过这种增强，最终复合材料的性能可以得到改善。这一改进将导致聚烯烃复合材料在新的和独特的应用领域的扩大利用。
为高温应用优化热塑性复合材料界面
与Mark DeMeuse交谈，他将分享如何通过学习使你的热塑性复合材料达到更高的耐热性
改善填料/聚合物界面性能．他还将帮助您为高温应用(汽车、飞机、电子等)定制表面性能(纤维施胶、偶联剂的使用、反应功能化……)，从而提高高温强度、强度和断裂韧性。
