原位生长钛基复合材料

陶瓷增强体的种类、形貌（晶须或颗粒）、尺寸是影响金属基复合材料（MMCs）性能的关键共性基础科学问题。本项目研究具有不同形貌与尺寸的原位自生陶瓷颗粒与晶须对钛基复合材料（TMCs）的混杂增强效应与机理。研究原位自生增强TMCs的制备工艺，分析增强体的形貌、尺寸等因素对复合材料微观组织和各项力学性能的不同影响；从材料学的角度出发，研究原位自生颗粒与晶须对TMCs材料的混杂增强效应，并探讨其混杂增强机理；结合计算机数值模拟分析方法建立混杂增强效应对材料不同性能的影响模型，揭示混杂效应与材料力学性能之间的内在联系与规律性。本项研究将对TMCs性能优化起重要指导作用，为采用材料设计的思想制备高性能TMCs提供理论基础与指导，对促进钛基复合材料的发展与应用有重要意义，并对其它颗粒增强金属基复合材料的设计与制备具有参考与借鉴意义。 2100433B

原位复合材料的概念是Celanese公司的G.Kiss于1987年提出的。这种材料一般是指热致性液晶聚合物（LCP）与热塑性聚合物（TP）共混而形成的复合材料。它是以LCP作为增强剂，TP作为基体就地形成的微纤结构，从而达到提高基体力学性能的目的。比如国外，CHEN等研究了聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA)与纳米CaCO3复合材料的流变性PBMA/CaCO3复 合材料是由BMA与MA所沉淀的CaCO3原位共聚合而成，分析比较了BMA/CaCO3混合物和PBMA/CaCO3复合材料的流变性。结果表明:BMA/CaCo3混合物的黏性随CaCO3含量(质量分数下同)的增加而有明显的增大。在复合材料原位聚合过程中从BMA/CaCO3混合物到PBMA/CaCO3复合材料反应体系的黏度增加了104。国内，董先明等通过原位聚合法制备了炭黑/聚甲基丙烯酸甲酯(CB/PMMA)、炭黑/聚甲基丙烯酸丁酯(CB/PBMA)和炭黑/聚甲基丙烯酸-2-乙基己酯(CB/PEHMA)3种导电复合材料，研究了这3种聚合物基体对复合材料的导电性影响下降趋势，多分散性系数PDI变大，而且炭黑粒子表面发生了接枝聚合反应，这有利于炭黑粒子在聚合物基体中的分散。苑会林等研究了纳米CaCO3原位本体聚合丙烯的方法及其产品的性能。采用经表面处理的纳米CaCO3和加入聚合釜的方法，经在12m3聚合釜的本体聚合生产表明，聚合物产品中纳米CaCO3分散均匀，物理性能和热性能均有所改善，其是机械性能显著提高。利用毛细管流变仪研究了产品的流变行为结果表明复合材料的表观黏度对温度的变化不敏感。邬润德等通过有机单体原位聚合包覆纳米CaCO3与聚丙烯(PP融熔共混合制备了PP/纳米CaCO3复合材料，研究了填料/包覆聚合物比、接枝聚丙烯以及复合填料含量对缺口冲击强度的影响。结果表明，纳米CaCO3只需填加5%(质量分数)就可以将缺口冲击强度提高为原树脂的2倍左右。张广平等在反应器原位分散共聚中加入成核剂和纳米CaCO3制备增强型聚丙烯共聚物，增强型共聚物的冲击强度、弯曲强度和热变形温度大幅提高，拉伸强度也有所增强，同时结晶峰温度显著提高，且半结晶时间明显减少。王平华等对PP/PMMA/CaCO3纳米复合材料的制备、结构及力学性能进行了研究。分别将不同表面处理的纳米CaCO3粒子与聚合物PP共混，制备PP/CaCO3和PP/PMMA/CaCO3纳米复合材料。用TEM观察表面处理后的纳米粒子的粒径及分散情况，发现复合粒子分散较均匀。研究了复合材料的结晶行为，发现原位聚合制备的PMMA/CaCO3纳米复合粒子与PP共混后，PP有异相成核作用，出现了不稳定的β晶型，PP/PMMA/CaCO3纳米复合材料力学性能有大幅度的提高 。