高分子复合材料现状及发展趋势8090216 王健敏摘要：本文概述了高分子复合材料近年来的最新发展状况以及未来的发展趋势。
针对不同的高分子复合材料，文章分别简要概括了液晶高分子复合材料、纳米高分子复合材料以及导热高分子复合材料这三种目前发展最为迅猛的高分子复合材料各自的发展状况。
通过相关文献所报导的对于复合机理或者是具体应用上的报导，可以得知高性能、高功能、合金化、精细化、智能化的高分子复合材料是未来材料发展的主要方向之一。
关键词：液晶高分子复合材料、纳米高分子复合材料、导电高分子复合材料21世纪是科技迅猛发展的时代，随着科学技术的发展，人们对聚合物材料的应用性能的要求日益提高，仅由合成法制备新的聚合物越来越难以满足要求的应用性能，而高分子复合材料所表现出来的优异性能引起了科学家的极大关注。
高性能、高功能、合金化、精细化、智能化的高分子复合材料将在21世纪发挥出巨大的作用和无限的生命力。
目前，高分子复合材料主要有高分子液晶复合材料、高分子纳米复合材料等。
另外由于导热高分子复合材料的用途广泛及应用价值巨大，因此将它单独列为一类。
随着科学技术的发展，这几类高分子复合材料都得到了长足的发展，下面将分别介绍各种高分子复合材料的发展状况。
1、高分子液晶复合材料自从1888年奥地利植物学家F. Reinitzer在合成苯甲酸胆甾醇时发现了液晶后[1] , 人们对液晶材料的探索就从未停止。
在1966年Dopont 公司首次使用各向异性的向列态聚合物溶液制出商品纤维——Fi2bre B后,高分子液晶走向了工业化道路。
至本世纪,高分子液晶的研究已成为高分子学科发展的一个重要方向。
液晶高分子当前的发展趋势是：降低成本；发展液晶高分子原位材料；开发新的成型加工技术和新品种；发展功能液晶高分子材料。
目前，关于热致液晶高分子的原位复合是液晶高分子复合领域的一大热点。
原位复合材料是以热塑性树脂为基体, 热致液晶高分子为增强剂, 利用热致液晶聚合物易于自发取向成纤维或带状结构的特点, 在共混熔融后拉伸或注射成型时, 体系中的分散相TLCP 在合适的应力作用下取向形成微纤结构, 由于刚性分子链有较长的松弛时间,在熔体冷却时能被有效地冻结或保存在T P 基体中, 从而形成一种自增强的微观复合材料, 即热致液晶原位复合材料[2]。
热致液晶高分子( TLCP) 具有高强度、高模量和自增强性能, 杰出的耐高温和冷热交变性能, 优异的阻燃性、耐腐蚀性、耐磨性、阻隔性和成型加工性能, 线胀系数和摩擦系数小, 尺寸稳定性高, 抗辐射、耐微波、综合性能十分优异, 被誉为超级工程材料。
据相关报道，由于碳纳米管( CNT ) 具有卓越的力学、热学、电学等理化性能, 因而广泛用于高分子复合材料改性, 由于长径比较大,只需添加极少的CNT, 就可以显著改善高分子基体的性能[3]，国内外学者对以各种聚合物为基体的CNT /聚合物纳米复合材料进行了广泛的研究。
吕建[4]等研究了TLCP 用量对UP/ GF / TLCP 复合材料的磨损性能、流变性能和材料表面电阻和体积电阻的影响；宁平[5]等通过液晶聚合物(TLCP)对PA6进行改性,使其在加工过程中形成原位复合材料,同时为了改善液晶聚合物与PA6的相容性,还加入了相容剂。
实验证明,在PA6/TL-CP复合材料中,液晶聚合物的加入使复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度以及热变形温度都有提高而吸水率下当TLCP质量分数为4%时,PA6/TLCP复合材料综合性能最好。
液晶高分子复合材料在近几年有了很大的发展，随着高分子液晶的理论日臻完善,其应用日益广泛,人们不仅开发了大量的高强、高模以及具有显示和信息存储功能的高分子液晶材料,同时还在不断探索在其他领域的应用。
可以肯定,作为一门交叉学科,高分子液晶材料科学必将在高性能结构材料、信息记录材料、功能膜及非线性光学材料等方面发挥越来越重要的作用。
2、高分子纳米复合材料高分子纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料。
当今新的复合材料品种很多, 而高分子纳米复合材料是新型材料发展的重点, 它已成为当前材料科学研究的热点和前沿课题, 在高新技术制品领域被称为21世纪最有前途的材料, 是21 世纪经济增长的发动机。
目前高分子纳米复合材料在碳纳米管/高分子复合材料、纳米粒子对聚合物改性等方面有了很大进展。
顾玲玲[6]等报道了碳纳米管/ 高分子复合物的制备方法及制备过程中两者相互作用以及该作用对于碳纳米管和高分子带来的性质上的影响。
复合物较其单独的组分具有更优良的性质, 如导电性, 热稳定性, 光电效应等。
碳纳米管/ 高分子复合物在超电容器, 有机电致发光器件, 太阳能电池,光限辐材料, 生物传感器, 分子记忆器件等方面具有重要的潜在应用价值。
汪多仁[7]报导了在环氧树脂和聚酯中添加纳米SiO2或TiO2形成复合材料的方法及其性能，研究表明将纳米SiO2 加入到环氧树脂中, 经共混生成极高硬度的类金刚石材料。
利用适当尺寸的SiO2可以设计特殊功能的玻璃钢, 使介电常数提高1倍。
SiO2在一些树脂基薄膜中不但能使强度加大, 而且其防水性能是常规薄膜的1.5倍, 在聚酯切片中加入纳米SiO2( T iO2) 后制得的复合材料, 可制备红外屏蔽、抗紫外辐射、高介电绝缘和静电屏蔽的功能性纤维材料, 它在国防工业中具有重要的应用价值, 主要有红外屏蔽纤维、防紫外辐射纤维、高介电纤维和静电屏蔽纤维。
陶国良[8]等提出了用纳米TiO2粒子填充PP 材料的方案，实验表明这可以明显改善PP的抗冲性能。
目前国内外关于纳米高分子的研究十分火热，涉及掺杂机理、改性原理的基础研究又包括具体掺加方案等应用研究。
3、导热高分子复合材料随着工业生产和科学技术的迅速发展，人们对导热材料提出了更新、更高的要求，除导热性外，希望材料具有优良的综合性能如质轻、易工艺化、力学性能优异、耐化学腐蚀等，而且由于现代信息产业的快速发展，对于电子设备具有超薄、轻便、数字化、多功能化、网络化方向发展寄予很高的期望。
导热高分子复合材料具有优良的综合性能，如耐化学腐蚀、耐高温、优异的电绝缘性等，因而人们逐渐用其来代替传统金属材料，导热高分子复合材料的研究与开发在20世纪90年代开始成为功能性复合材料的研究热点之一，特别是日本把“开发可成型的导热性高分子绝缘材料”列为功能高分子的首选课题，随后日本、美国等国家相继有50余项发明专利申请[9]。
今年来对高分子导热复合材料的研究更是火热，且已取得显著的成就。
首先是对导热机理有了更深刻的认识。
各种导热模型层出不穷，如先后出现了Bruggeman、Maxell-Eucken、Ziebland、Cheng-V ocken、Nielsen 模型等，随后又出现了，Y.Agari 等[10-11]提出了一种新的模型，认为在那些填充体系中，若所有填充粒子聚集形成的传导块与聚合物传导块在热流方向上是平行的，则材料的热导率最高，若是垂直的，则材料的热导率最低。
而王亮亮[12]等则提出了一种“计算型”模型——逐步平均法，利用有限元分析做出了较为理想的预测。
在导热高分子复合材料应用上的研究也取得了很大的进步。
在导热橡胶方面，浙江大学益小苏等[13]用AlN粒子填充聚酰亚胺，其热导率达到0.8 W/(m·K)；朱毅[14]将预处理过的铜粉(抗氧化、抗团簇处理)加入到硅橡胶中制得高性能片状热接口材料，该材料的热导率达到1.6~1.7 W/(m · K)。
而在导电PE上，同样发展迅猛。
汪雨荻等[15]在PE 中填充AlN 并考察其导热性能，得到了导热系数达到2.44W/(m · K)。
张兴军等[16]为提高PE-LLD 材料的导热性能，利用钛酸酯偶联剂(NDZ–105)对AlN 粉进行表面处理后，用粉末共混法制备了PE-LLD/AlN 导热复合材料，材料的热导率为0.8834 W/(m · K)，约为纯PE-LLD的3倍。
导热高分子复合材料从基础理论到产品开发等各方面都是高分子材料研究的重要内容之一。
目前已经有很多科研人员在高分子材料的导热理论模型和导热机理方面做出了贡献,但普适性的理论模型和机理还没有出现, 应用开发等方面的研究远不如导电材料研究深入, 还有待于更深一步的研究。
4、结语高性能、高功能、合金化、精细化、智能化的高分子复合材料所表现出来的优异性能决定了其必然会在21世纪展现出强大的市场竞争力与无限的生命力。
随着各种检测手段及模拟技术的发展，对高分子复合材料已不再是只能通过大量实验盲目试探了，由于复合机理的发展，目前可以做到根据要求，在一定模拟技术下就可设计的程度。
但是尽管科研人员提出了各种机理和摸拟手段，却还没有出现普适性的机理或者模拟技术，这也给实际生产带来了一定的困难。
因此普适性的机理以及更加优异的制备工艺成为了以后工作的重点。
参考文献：[1]杨振,陈佑宁.五种新型高分子液晶研究进展及应用前景[J].应用化工,2006,1,35(1)[2]杨朝明.热致液晶高分子/热塑性树脂原位复合材料的研究进展 [J],化工新型材料,2010,538(5)[3]黄彩霞,方立明,沈德勇,苏志锋,陈晓峰.多壁碳纳米管/热致液晶高分子复合材料的加工及性能研究[J],高分子材料科学与工程;2009,11(25)[4]吕建,徐灯,卢炽华,于贤保,韦春. UP/ GF/ TLCP 原位混杂复合材料的性能研究[J];塑料工业,2007,35(4)[5]宁平,俞飞,王维,孔令光. PA6/TLCP/POE-g-MAH原位复合材料的制备与性能[J],合成材料老化与应用，2011,01[6顾玲玲,陈林楹,何楠,庄小东. 碳纳米管/ 高分子复合材料的制备及应用研究进展[J],高分子材料科学与工程,2009,11:25(11)[7]汪多仁.纳米材料在高分子材料中的应用[J], 塑料助剂,2001(1):8-10.[8]陶国良,侯寅,任明. 纳米TiO2/PP复合材料的研究[J]. 塑料工业,2002 ,30(1):1-6[9]李侃社,王琪.导热高分子材料研究进展[J].功能材料.2002，33(2):136-144.［10］Agari Y，et al.Appl Polym Sci，1993，49（9）：1 625–1 634. ［11］Agari Y，et al.Appl Polym Sci，1991，42（6）：665–669.[12]王亮亮,工程塑料应用，2003，31（9）：70–73.[13]Xie S H,Zhu B K,Li J B,et al .Preparation and propertiesof polyimide/aluminum nitride composites[J]．Polymer Testing，2004，23：797-801．[14]朱毅. 特种橡胶制品，2004，25（6）：24–26.［15］汪雨荻. 无机材料学报，2000，15（6）：1 030–1 036. ［16］张兴军,. 机械工程材料,2008，32（10）：56–59.。