樹脂基復合材料的老化

① 氣相二氧化硅的應用

樹脂基復合材料具有輕質、高強、耐腐蝕等特點，但近年來材料界和國民經濟支柱產業對樹脂基材料使用性能的要求越來越高，如何合成高性能的樹脂基復合材料，已成為當前材料界和企業界的重要課題。氣相法納米級二氧化硅的問世，為樹脂基復合材料的合成提供了新的機遇，為傳統樹脂基材料的改性提供了一條新的途徑，只要能將氣相二氧化硅（氣相白碳黑）顆粒充分、均勻地分散到樹脂材料中，完全能達到全面改善樹脂基材料性能的目的。
1、提高強度和延伸率。環氧樹脂是基本的樹脂材料，把氣相二氧化硅（氣相白碳黑）添加到環氧樹脂中，在結構上完全不同於粗晶二氧化硅（白炭黑等）添加的環氧樹脂基復合材料，粗晶二氧化硅一般作為補強劑加入，它主要分布在高分子材料的鏈間中，而納米二氧化硅由於表面嚴重的配位不足、龐大的比表面積以及表面欠氧等特點，使它表現出極強的活性，很容易和環氧環狀分子的氧起鍵合作用，提高了分子間的鍵力，同時尚有一部分納米二氧化硅顆粒仍然分布在高分子鏈的空隙中，與粗晶二氧化硅顆粒相比較，表現很高的流漣性，從而使氣相法納米二氧化硅（氣相白碳黑）添加的環氧樹脂材料強度、韌性、延展性均大幅度提高。
2、提高耐磨性和改善材料表面的光潔度。氣相法納米級二氧化硅顆粒比普通二氧化硅要小100-1000倍，將其添加到環氧樹脂中，有利於拉成絲。由於氣相納米二氧化硅的高流動性和小尺寸效應，使材料表面更加緻密細潔，摩擦系數變小，加之納米顆粒的高強度，使材料的耐磨性大大增強。
3、抗老化性能。環氧樹脂基復合材料使用過程中一個致命的弱點是抗老化性能差，其原因主要是太陽輻射的280-400nm波段的紫外線中、長波作用，它對樹脂基復合材料的破壞作用是十分嚴重的，高分子鏈的降解致使樹脂基復合材料迅速老化。而氣相納米二氧化硅（氣相白碳黑）可以強烈地反射紫外線，加入到環氧樹脂中可大大減少紫外線對環氧樹脂的降解作用，從而達到延緩材料老化的目的。 橡膠是一種伸縮性優異的彈性體，但其綜合性能並不令人滿意，生產橡膠製品過程中通常需在膠料中加入炭黑來提高強度、耐磨性和抗老化性，但由於炭黑的加入使得製品均為黑色，且檔次不高。而氣相法二氧化硅（氣相白碳黑）在我國的問世為生產出色彩新穎、性能優異的新一代橡膠製品奠定了物質基礎。
在普通橡膠中添加少量氣相二氧化硅（氣相白碳黑）後，產品的強度、耐磨性和抗老化性等性能均達到或超過高檔橡膠製品，而且可以保持顏色長久不變。納米改性彩色三元乙丙防水卷材，其耐磨性、抗拉強度、抗折性、抗老化性能均提高明顯，且色彩鮮艷，保色效果優異。彩色輪胎的研製工作也取得了一定的進展，如輪胎側面膠的抗折性能由原來的10萬次提高到50萬次以上，有望在不久的將來，實現國產汽車、摩托車輪胎的彩色化。 對於化妝品來說，要求對紫外線屏蔽能力強，最好是既能防護紫外中波（UVB）對人體的危害，亦能對紫外長波（UVA）起防護作用。實質上，紫外屏蔽包括兩方面，一是前面所述對紫外線的吸收，另一方面是對紫外線的反射，目前，世界上從紫外反射性能角度開發的抗紫外劑還未見報道。
在防曬產品中以往多使用有機化合物為紫外線吸收劑，但是存在諸如為了盡可能保護皮膚不接觸紫外線而提高添加量之後，會增加發生皮膚癌以及產生化學性過敏等問題，而氣相二氧化硅（氣相白碳黑）為無機成分，易於與化妝品其它組分配伍，無毒、無味，不存在上述問題，且自身為白色，可以簡單地加以著色，尤其可貴的是氣相二氧化硅（氣相白碳黑）反射紫外能力強、穩定性好，被紫外線照射後不分解，不變色，也不會與配方中其它組分起化學反應。氣相二氧化硅（氣相白碳黑）的這些突出特點為防曬化妝品的升級換代奠定了良好的基礎。 利用氣相二氧化硅（氣相白碳黑）龐大的比表面積、表面多介孔結構和超強的吸附能力以及奇異的理化特性，將銀離子等功能離子均勻地設計到氣相二氧化硅（氣相白碳黑）表面的介孔中，並實施穩定，成功開發出高效、持久、耐高溫、廣譜抗菌的納米抗菌粉（粒徑只有70納米左右），不但填補國內空白，而且主要技術指標均達到或超過日本同類產品。經檢測，當納米抗菌粉在水中的濃度僅為0.315%時，對革蘭氏陽性代表菌種與革蘭氏陰性代表菌種的抗菌能力就可以非常明顯的表露出來，抑菌圈出現2-3mm，且隨著納米抗菌粉在水中濃度的增加，抑菌圈明顯增大。據測定，水中含Ag+為0.01mg/l時，就能完全殺滅水中的大腸桿菌，並能保持長達90天內不繁衍出新的菌叢。
將納米抗菌粉應用於搪瓷釉料中，生產出具有防霉、抗菌功能的滾筒洗衣機，其抗菌率高達99%以上。應該指出的是，納米抗菌粉在搪瓷釉料中使用條件較為苛刻，須在鹼性較強的液體中和高溫（900℃左右）燒瓷後仍保持很強的抗菌性能，這是其它抗菌粉望塵莫及的。將納米抗菌粉添加在內牆塗料中，生產出了具有長久抗菌防霉功能的內牆塗料。將納米抗菌粉用在婦女內褲洗滌劑、羊毛、羊絨洗滌劑、洗潔精、洗手液中，經衛生防疫部門檢測，其抗菌性能十分顯著。可以預見，隨著人們健康意識的增強，納米抗菌粉將逐漸被相關應用企業的廣大民眾所接受，在票據、醫療衛生、化學建材、家電製品、功能纖維、塑料製品等行業中嶄露頭角。 1、在光學領域的應用
納米微粒應用於紅外反射材料主要是製成薄膜和多層膜來使用。納米微粒的膜材料在燈泡工業上有很好的應用前景。高壓鈉燈以及各種用於拍照、攝影的碘弧燈都要求強照明，但是燈絲被加熱後69%的能量轉化為紅外線，這就表明有相當多的電能轉化為熱能被消耗掉，僅有一少部分轉化為光能來照明，同時，燈管發熱也會影響燈具的壽命，如何提高發光效率，增加照明度一直是急待解決的關鍵問題。納米微粒的誕生為解決這個問題提供了一個新的途徑。80年代以來，科研技術人員用氣相二氧化硅（氣相白碳黑）和氣相法納米二氧化鈦TiO2微粒製成了多層干涉膜，總厚度為微米級，襯在燈泡罩的內壁，結果不但透光率好，而且有很強的紅外線反射能力。據專家測算同種燈光亮度下，該種燈具與傳統的鹵素燈相比，可節約15%的電能。
2、新型有機玻璃添加劑
飛機的窗口材料常用的是有機玻璃（PMMA），當飛機在高空飛行時窗口材料經紫外線輻射易老化，造成透明度下降。為解決此問題，利用氣相二氧化硅（氣相白碳黑）極強的紫外反射性能，在有機玻璃生產過程中加入表面修飾後的氣相二氧化硅（氣相白碳黑），生產出的產品抗紫外線輻射能力提高一倍以上，抗沖擊強度提高80%。

② 熱塑性復合材料的性能

熱塑性樹脂基復合材料是20世紀80年代發展起來的，主要有長纖維增強粒料(LFP)、連續纖維增強預浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強型熱塑性復合材料(GMT)。根據使用要求不同，樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料，纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑性樹脂基復合材料技術的不斷成熟以及可回收利用的優勢，該品種的復合材料發展較快，歐美發達國家熱塑性樹脂基復合材料已經佔到樹脂基復合材料總量的30%以上。
高性能熱塑性樹脂基復合材料以注射件居多，基體以PP、PA為主。產品有管件（彎頭、三通、法蘭）、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、GMT模壓製品（如吉普車座椅支架）、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強聚丙烯在汽車中的應用包括通風和供暖系統、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動皮帶保護罩等。

滑石粉填充的PP具有高剛性、高強度、極好的耐熱老化性能及耐寒性。滑石粉增強PP在車內裝飾方面有著重要的應用，如用作通風系統零部件，儀表盤和自動剎車控制杠等，例如美國HPM公司用20%滑石粉填充PP製成的蜂窩狀結構的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。

雲母復合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩定以及低密度、低價格等特點，利用雲母/聚丙烯復合材料可製作汽車儀表盤、前燈保護圈、擋板罩、車門護欄、電機風扇、百葉窗等部件，利用該材料的阻尼性可製作音響零件，利用其屏蔽性可製作蓄電池箱等。

我國的熱塑性樹脂基復合材料的研究開始於20世紀80年代末期，近十年來取得了快速發展，2000年產量達到12萬噸，約占樹脂基復合材料總產量的17%，，所用的基體材料仍以PP、PA為主，增強材料以玻璃纖維為主，少量為碳纖維，在熱塑性復合材料方面未能有重大突破，與發達國家尚有差距

③ 環氧復合材料性能由什麼決定

環氧樹脂復合材料應用日趨廣泛，人們對其性能十分關注。那麼其性能到底由什麼決定？專

環氧樹屬脂復合材料的原材料是環氧樹脂膠液和增強材料(纖維及其織物)，在復合材料的成型過程中環氧樹脂膠液經過一系列物理的、化學的和物理化學的復雜變化過程，最終形成環氧樹脂固化物(環氧樹脂基體)，並在基體與纖維之間形成了一層與基體及纖維的結構和性能不同的界面層。界面把纖維與基體結合成一個整體，從而充分發揮了原材料的潛在能力，使復合材料具有了單一組成材料所沒有的性能，呈現出優異的復合效果。

在復合材料中纖維主要起承受拉伸載荷的作用，基體主要起傳遞載荷、均衡載荷和支持纖維的作用，一束纖維受拉時其中拉斷了的纖維就不能再承擔載荷。

復合材料的耐熱性及耐老化性等主要取決於基體和界面的性能。這是因為纖維的上述性能都比基體及界面的相應性能高。復合材料的耐腐蝕性也主要取決於基體和界面的性能，因為首先接觸腐蝕性介質的是基體和界面。復合材料的介電性能則取決於組成材料介電性能的復合效果。

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