聚合物塑料复合材料

先进材料开发的进展产生了各种类型的聚合物、塑料、复合材料以及弹性体产品、组分及物体。虽然这一系列的材料都具有相似的结构，但由于配方的改变使得这些混合物具有不同的用途和磨损性能。因此，这些先进材料及商用物品的开发和制造推动了对分析方法和技术的需求，以便对这些材料的组成进行快速检验和确认。此外，随着组分来源日益全球化，保证其可靠性并检测伪造品、贴错标签或不符合指标的聚合物材料和组分是至关重要的。

先进材料开发的进展产生了各种类型的聚合物、塑料、复合材料以及弹性体产品、组分及物体 。 虽然这一系列的材料都具有相似的结构，但由于配方的改变使得这些混合物具有不同的用途和磨损性能 。 因此，这些先进材料及商用物品的开发和制造推动了对分析方法和技术的需求，以便对这些材料的组成进行快速检验和确认 。 此外，随着组分来源日益全球化，保证其可靠性并检测伪造品、贴错标签或不符合指标的聚合物材料和组分是至关重要的 。

针对目前国内在激光闪光法测量聚合物热物理性能参数中存在误差大的问题，本文将从标准测试方法、多种测试方法对比测试、参考材料和实际测试结果文献报道等几方面，介绍了激光闪光法在聚合物材料测试中的应用评价过程，介绍了测试聚合物材料过程中的注意事项。同时针对聚合物材料的导热系数测量，给出了最好采用稳态法防护热流计法的建议。

聚合物的结晶度对其性能和特性具有重要影响，不同形态表现出不同的工艺特性和物理机械性能。因此，控制聚合物的结晶度是塑料工程中的关键因素，可以根据具体应用需求来调整结晶度，以获得所需的材料性能。

纳米复合材料是一类高性能材料，在各个行业都引起了人们的关注，例如汽车行业。它们包括一系列低成本但高性能的材料，具有对汽车制造有价值的机械、热和加工性能。这些整体性质由纳米尺度上的结构决定，因此，小尺度结构的准确分析对于纳米复合材料的表征和开发至关重要。 X 射线散射技术可以对影响纳米复合材料性能的许多参数提供前所未有的洞察力。纳米复合材料是由一种或多种材料组成的纳米颗粒或纤维(填充物)分散在大块(基体)材料中的复合材料。填料和基体都保留了它们本体材料的特性元素，而填料的纳米级参数为纳米复合材料提供了新的特性。 这些参数包括填料颗粒的分散、形状、取向和尺寸分布，以及它们与本体基质的相互作用。 1-4因此，纳米复合材料是一种非常广泛的材料，在生产过程中可以通过改变组成材料的物理和化学性质来精细地调整其性能。

聚合物和塑料的化学成分与其化学、物理和机械性能有关。聚合物和塑料的开发和生产需要对原材料、添加剂、稳定剂、中间产品和成品进行质量控制。对聚合物和塑料在成型过程中的行为分析对其使用寿命进行评估来定义它们的质量好坏。为了对聚合物和塑料的材料特性和质量控制测试，需要测定氮、碳、氢、硫和氧的含量。氮的测定至关重要，硫的测定也越来越重要。含氮化合物，用于聚合物和塑料的生产过程中触发聚合反应。它们还可以作为添加剂，作为添加剂，含氮化合物为最终产品提供特定性能，它们起到稳定乳液聚合物、链转移剂和其他聚合改性剂的作用，用以控制分子量，增塑剂以增加弯曲程度，稳定剂防止聚合物降解，交联剂用于改性聚合物原型。 随着近年来对材料特性测试的需求不断增长，元素含量都是微量的，经典分析方法已不再适用于，例如耗时的样品制备和危险试剂的使用。因此，自动化技术以及在痕量水平上可以提供准确的数据等成为现代化实验室处理常规分析的要求。

由于复合材料应用范围广，材料的硬度及研磨特性差别很大，金相样品制备过程中最容易出现的是浮凸现象，对浮凸的控制是难点。QMAXIS制样专家经过长期的应用实践，总结了金属基、聚合物基和陶瓷基复合材料的常用方法，分享给朋友们，以供参考。

复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。在航空航天、汽车工业、化工、纺织和机械制造、医学、体育运动器件、建筑等领域都有广泛的应用。由于基体材料不同，复合材料有多种不同的成型方法。而对于多层复合材料，层间结合强度是对之评价的非常重要的参数。本文选取了5种双层聚合物复合材料，利用LUMiFrac测量其层间结合强度。

采用三种高分子有机物聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)对羟基磷灰石(HA)颗粒表面进行改性处理，以便改善两项在复合时的界面结合强度，从而获得力学性能优良的复合材料。首先，将三种高分子聚合物分别溶于含HA颗粒的水溶液中，均匀分散后经喷雾干燥获得改性的粉体；然后，利用流延法获得HA/PLLA复合材料薄膜。研究了3种高分子表面改性HA颗粒后复合材料的力学性能，以及自然断面的界面结合情况。结果表明HA表面经PEG改性后，HA与PLLA间的界面结合状态优良，HA/PEG/PLLA的断裂强度较未经表面改性处理的HA颗粒与PLLA的复合材料的断裂强度提高了31%。

GB/T1040的本部分规定了在规定条件下测定塑料和复合材料拉伸性能的一般原则,并规定了几种不同形状的试样以用于不同类型的材料.这些材料在本标准的其他部分予以详述.本方法用于研究试样的拉伸性能及规定条件下测定拉伸强度.拉伸模量和其他方面的拉伸应力/应变关系。

当今世界大量采用聚合物材料,聚合物有各种机械性能,有的硬,有的脆,有的韧，还有些聚合物柔软易弯曲。分子链的长度或缠结是影响材料性能的决定性参数。流变学测试可以表征许多相关的性能。聚合物具有复杂的化学和形态结构，通过改性可获得各种合成物。因此当生产这些材料，必须考虑到复杂的性能，测量粘弹性、非牛顿流动性能、各向异性（跟取向或改性有关）、复杂老化性能等等。在塑料生产中，优化工艺和质量控制显得尤为重要。

环氧树脂是一种热固性的环氧化高分子材料，与固化剂混合时会发生交联和固化反应。环氧树脂一般是由双酚A和环氧氯丙烷聚合而成。在1927年，美国首次进行由环氧氯丙烷合成树脂的商业尝试，环氧树脂树脂有着广泛的应用范围，包括涂料、粘合剂、碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料（当然，聚酯、乙烯基酯以及其它热固性树脂也常用于玻璃纤维增强塑料）。

?聚醚醚酮（称PEEK）是一种高性能聚合物材料，属于聚芳醚酮系列材料，拥有半结晶态的特点，饱和结晶度35%，具有耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、高强度、抗磨损等特性。

随着市场的需求不断扩大，对于新材料的性能要求越来越高，材料转化为制品的过程伴随着温度、压力、体积的变化，这些参数对于制品最终的形状起到了非常重要的作用，如何监测分析制品成型过程P-V-T状态的变化以及对应的制品的质量关系，从而通过调整工艺参数得到高质量的产品，本文通过对聚合物PVT测试技术的阐述，希望能为新材料及其制品的开发和应用生产提供帮助，助力新能源汽车的发展。

木材/塑料复合材料（WPCs）由三种组分构成：回收的热塑性塑料，木材填充和黏胶。木材/塑料复合材料是一种新式的复合材料，在户外装饰，室内装潢，家居都有广泛使用。它也是一种环保的材料，不需要太多维护。本文介绍了结合3D形貌的光学接触角测量仪检测木材/塑料复合材料的表面疏水性。

近年来在纳米复合材料方面引起了大家极大的兴趣-采用小尺寸微粒填料-来改善热塑性和热固性材料的特性。通过测量复合材料玻璃化转变（Tg）过程中比热容（Cp）变化情况是快速定量颗粒填料对基体材料性能影响的方法之一。克里斯多佛• 希克证明了可以利用高速扫描DSC（Hyper DSC）技术来测试刚性无定形部分，也可以用于探寻刚性无定形部分是否在玻璃化转变温度与受到升温速率抑制的分解起始温度之间存在刚性无定形部分的反玻璃化转变过程。在本文的研究中，我们引用了克里斯多佛希克讨论过的结论，证明了高速扫描DSC表征纳米复合材料的强大能力。采用本文中证明的快速升-降温方法，可以将精确的比热测定范围扩展到较高温度区间。这有助于鉴定无定形聚合物体系的反玻璃化作用-纳米复合材料键的松弛过程。这种方法进一步扩展了功率补偿型DSC在亚稳态聚合物体系中的应用。

在常规XPS分析中，不同的聚合物材料可能会出现测试得到的C 1s谱图相似，较难区分。等离子特征峰（如π -π *跃迁）虽然可提供与材料中的sp2碳杂化相关的信息，但也可能会被其他化学态的碳物种掩盖。本文采用AXIS SUPRA+仪器的X射线光电子能谱（XPS）、紫外光电子能谱（UPS）及反射电子能量损失谱（REELs）联用技术对不同聚合物材料进行了分析。

纤维增强塑料即聚合物基纤维复合材料用术语，是纤维增强树脂基复合材料。因其优异的力学性能和较低的密度多用于汽车、航天领域。《GB/T 2576-2005 纤维增强塑料树脂不可溶分含量试验方法》中规定了纤维增强塑料树脂需要使用索氏提取仪测定其中的不可溶分含量。本实验参照其方法对纤维增强塑料（玻璃钢）不可溶分含量进行测定。

木材/塑料复合材料（WPCs）由三种组分构成：回收的热塑性塑料，木材填充和黏胶。木材/塑料复合材料是一种新式的复合材料，在户外装饰，室内装潢，家居都有广泛使用。它也是一种环保的材料，不需要太多维护。本文介绍了结合3D形貌的光学接触角测量仪检测木材/塑料复合材料的表面疏水性。

胶粘剂粘接是一种用于碳纤维复合材料(CFRP)航空航天结构的既节省重量又符合材料要求的连接方法。除了热固性基体的普遍使用外，高性能的热塑性基体也越来越引起人们的兴趣。一般情况下，CFRP表面需要进行预处理，以获得可靠的连接。除了清洁表面污染物外，表面处理过程还用于改变表面性能以增强附着力。为了探讨表面功能化对提高聚合物粘附力的作用，慕尼黑联邦国防军大学-航空航天工程系-材料科学学院和德国联邦国防军材料、燃料和润滑剂研究所共同以聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚砜（PES）和环氧树脂（RTM6）为基体,研究了氧低压等离子体（LPP）和真空-UV（VUV）两种物理预处理方法的效果。用不同极性溶剂对聚合物表面进行表面处理后，再对聚合物表面进行清洗。利用X射线光电子能谱(XPS)、接触角测量和原子力显微镜(AFM)对样品预处理前、预处理后和洗涤后的表面化学、润湿性和形貌进行了研究。并利用LUM公司的离心粘合拉伸试验（CATT）验证粘结强度。

聚合物和塑料是种类繁多的样品，在现代生活中无处不在。 感兴趣的分析物可以是添加剂，例如抗氧化剂、阻燃剂、 紫外线稳定剂、未反应的聚合物或低聚物，或专有化合物。请使用此方法从塑料样品中提取您感兴趣的分析物。

傅立叶变换显微红外光谱仪在各个化学相关领域，如材料、法医、化工、医学、电子等行业已得到越来越广泛的应用。尤在物证鉴定、失效分析、材料分析和研究、倒置工程等领域已成首选的分析工具之一，其作用不可替代。如在倒置工程分析研究课题中，生物医学领域广泛应用的输液袋是一种常见的研究材料。输液袋是多层聚合物材料复合膜，常见的输液袋由三层或五层聚合物材料组成。其中，多层膜的上下表面可以通过ATR技术方便表征，但如何表征中间层材料一直是个难题。因为各层均为透明聚合物材料，层与层之间没有明显分界线，所以依靠传统技术，一直以来很难得到满意的结论。

在涂料工业中，将一些天然的经过加工的矿物材料称为无机材料，而将人工合成的高分子化合物称为有机材料。有机无机材料区别在于：无机材料耐大气的抵抗力强，不易分解，耐热度高，抗紫外线照射能力强．价格较低；而有机材料的组成比较复杂，耐紫外线照射、耐大气的抵抗力相对较差，且价格较高、但柔韧性、成膜性较好。当有机无机材料复合后，能将有机无机材料的各自优点突出，而将不足之处加以弥补．扬长避短，并有互补性，降低了生产涂料的成本，又提高了涂料本身的质量。本文利用LUMiSizer分析式离心光谱仪，对有机无机复合涂料的稳定性进行了表征，用于设计和评估聚合物粘合剂和分散剂的添加效果，并进行量化。

这项工作的中心目标是获得稳定的纳米复合物，用于胰岛素的输送。聚电解质纳米复合材料很少能保持稳定状态，并且经常发生聚集。通过钙离子诱导和聚电解质间的静电相互作用，制备了由海藻酸钠、硫酸葡聚糖、聚乙二醇4000、泊洛沙姆188、壳聚糖（CS）和牛血清白蛋白组成的胰岛素口服纳米复合物。壳聚糖对于纳米复合材料的最终尺寸至关重要，并且存在最适含量，可以合成400-600 nm尺寸的纳米复合材料。使用不同分子量（MW）和不同浓度的CS来制备具有强抗聚集性的纳米复合材料，合成后，用LUMiSizer评估纳米复合材料的稳定性。

聚合物尤其是高分子复合材料的微型 ATR 化学成像通常需要施加相当大的压力以确保 ATR 晶体和样品之间的良好接触。为了确保此类薄样品能够承受压力而不发生弯曲变形，通常需要详细制定样品制备过程以对截面材料提供支撑：将样品包埋到树脂内，切割树脂以及抛光接触表面。此类过程极为繁琐，不仅需要将树脂过夜固化，还增加了交叉污染的风险。本文中我们展示了一种新型的超低压力微型 ATR FTIR 化学成像方法，不需要任何支撑结构。通过与 ATR 晶体直接接触，该方法可让样品“按原状”进行测量。这项独特的功能是通过采用安捷伦的“实时 ATR 成像”技术实现的，该技术不仅增强了化学对比功能，而且能够确定样品与 ATR 晶体之间发生接触的精确时刻，还可提供接触质量的可视化测量。分析人员无需样品制备即可在 50 微米厚的高分子复合材料中清晰观察到薄至数微米的粘 合层。

抗氧化剂、光稳定剂和塑化剂等添加剂经常被用于聚合物中以改善材料特性和功能。因此，聚合物材料和聚合物产品的质量控制需要识别其中所含此类添加剂的类型和数量。聚合物添加剂的分析通常采取从聚合物中萃取、然后通过再沉淀和溶剂萃取浓缩、后通过反相色谱法分离和定量测定的方法。本文介绍使用体积排阻色谱法进行直接分析的应用，该方法不需要进行预处理。本实验使用TSKgel SuperHZ2000色谱柱（具有良好的低分子量化合物分离性能），用质谱进行检测（电离方法：APCI）。

通过挤出技术制备了基于高温热塑性塑料和导热填料的复合材料。FR4切割厚度为0.25mm，在标准注塑机中进行背面注塑成型。在注塑过程中，对模具温度、注射压力和保压压力进行了优化。测试了多层复合材料的冷却性能。利用Linseis-LFA500导热系数测量仪测定了化合物在特定温度下的热扩散率。

用快速原位聚合工艺制备了盐酸(HCl)和磺基水杨酸(sulfosalicylic acid，SSA)共掺杂聚苯胺(polyaniline，PANI)/凹凸棒黏土(attapulgite，ATP)纳米复合材料(HCl–SSA–PANI/ATP)，用热重–差热分析、X 射线衍射、Fourier 红外光谱、紫外–可见光谱、透射电镜、循环伏安法和Raman 光谱等对所得的复合材料进行了表征。结果表明：HCl 和SSA 所组成的混合酸溶液能快速促进苯胺聚合和PANI 掺杂反应。反应15 min，所制得的纳米复合材料的体积电阻率可达2 Ω· cm。HCl–SSA–PANI 以晶态形式包覆在ATP 表面，形成核壳棒状纳米结构，包覆层厚度在3 nm 左右。纳米复合材料中HCl–SSA–PANI 的包覆率约为27.79%，与纯HCl–SSA–PANI 相比，其耐热性得到了提高，且具有较高的电化学活性。纳米复合材料中由对位聚合生成的HCl–SSA–PANI 为翠绿亚胺结构，其与ATP 之间存在物理作用。

在消费品和工业产品中，塑料制品越来越多的被利用，在汽车工业中，越来越多的部件由塑料组成，因为轻质材料可以减轻车辆的整体重量，同时也可以降低油耗。每年大量的塑料被丢弃，被埋在垃圾填埋场。在世界各地有许多举措促使消费者提高材料的回收利用的数量，而不是将它们丢弃在垃圾填埋场。这些废塑料会被运到塑料回收厂，经过认定然后再利用。日本是世界上塑料循环利用最成功的国家之一，2010年，77%废塑料被回收利用，超过英国的两倍，美国目前达到20%。塑料工业协会出台了塑料识别代码（PIC）提供一个识别聚合物类型的分类系统，帮助回收公司分开不同类型的塑料，然后再进行处理加工。但是PIC系统在全球并不是强制的，并且通常情况下塑料样品上并没有代码，特别是一些旧材料。为了成功地循环再利用，塑料样品需要准确的鉴定并分类。许多回收厂家依靠有经验鉴定塑料。这就涉及到传统的测试方法，比如“浮动测试”或者“燃烧和嗅觉测试”。“浮动测试”可以把聚烯烃从其它类型的塑料中区分出来，这是基于塑料能否漂浮在洗涤水溶液中。“燃烧和嗅觉测试”需要操作者烧毁少量的塑料并且嗅探挥发性的烟气。这些方法不仅会导致塑料的鉴定错误而且非常危险，因为燃烧聚合物的烟气可能有剧毒。光学光谱技术提供了一个准确和科学性的方法鉴定塑料材料。从12000-4000cm-1近红外电磁光谱能够用来快速的筛查塑料类型；但是，从4000-450cm-1中红外光谱则对塑料以及塑料中其它化合物的有效鉴定展现出巨大的优势，比如塑料中的填充剂，增塑剂，表面活性剂，涂层以及脱模机。另外，近红外仪器不能用来鉴定塑料中包含的低含量的炭黑（2%-3%）。这些样品代表着相当一部分可再循环利用的塑料。我们使用Spectrum Two FT-IR配备ATR采样附件收集样品的中红外光谱。测试样品时，将塑料样品放置采样附件上方，并且对样品施加一定的压力使样品与ATR钻石晶体紧密接触，测试时间大约10s。

这项工作的中心目标是获得稳定的纳米复合物，用于胰岛素的输送。聚电解质纳米复合材料很少能保持稳定状态，并且经常发生聚集。通过钙离子诱导和聚电解质间的静电相互作用，制备了由海藻酸钠、硫酸葡聚糖、聚乙二醇4000、泊洛沙姆188、壳聚糖（CS）和牛血清白蛋白组成的胰岛素口服纳米复合物。壳聚糖对于纳米复合材料的最终尺寸至关重要，并且存在最适含量，可以合成400-600 nm尺寸的纳米复合材料。