復(fù)合材料作業(yè)

玻璃纖維增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料的研究進(jìn)展摘要：陶瓷復(fù)合材料是指用玻璃聚合物或可生物降解聚合物作為基體，玻璃纖維作為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料。概述了用于陶瓷復(fù)合材料的可生物降解的聚合物和玻璃纖維的改性研究進(jìn)展及其模塑成型的陶瓷復(fù)合材料的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：玻璃纖維，生物降解聚合物，玻璃聚合物，陶瓷復(fù)合材料。玻璃工業(yè)的蓬勃發(fā)展為人們生產(chǎn)、生活提供了許多性能優(yōu)良的新型材料。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，玻璃產(chǎn)量早已超過鋼鐵，且這些材料在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。但在人們使用玻璃制品的同時(shí)，玻璃廢棄物已成為當(dāng)今主要的環(huán)境問題之一。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，目前全球玻璃產(chǎn)量為1億ｔ，其中30%用于包裝，且大多數(shù)不具備可降解性。中國每年產(chǎn)玻璃超過600萬ｔ。這些玻璃加工成各種制品進(jìn)入市場后，30%可回收使用，70%用后成為工業(yè)和生活垃圾，對地球環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，且白色污染當(dāng)前已成為危害環(huán)境的世界性公害，嚴(yán)重阻礙了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。為保護(hù)環(huán)境，玻璃廢棄物的回收再利用及綠色玻璃的研究與開發(fā)已成為各國的研究熱點(diǎn)。特別在世界很多國家，掀起了一股開發(fā)由玻璃纖維增強(qiáng)的陶瓷復(fù)合材料的熱潮。這種陶瓷復(fù)合材料易降解或易生物吸收，與傳統(tǒng)復(fù)合材料相比具有環(huán)境友好和陶瓷優(yōu)勢。根據(jù)定義，陶瓷復(fù)合材料是指由玻璃纖維增強(qiáng)的、玻璃聚合物基或可生物降解聚合物基的復(fù)合材料。目前，市場上已有很多可生物降解的聚合物基體出售，但這些基體不論物理與化學(xué)性能多么獨(dú)特，都因價(jià)格高限制了這些材料的廣泛使用。本文主要概述用于陶瓷復(fù)合材料的可生物降解聚合物和玻璃纖維的改性研究進(jìn)展及其模塑成型的陶瓷復(fù)合材料的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀。一：可生物降解聚合物基體用于陶瓷復(fù)合材料的可生物降解聚合物一般分為三種：生物合成聚合物（Ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ），半生物合成聚合物（Ｓｅｍｉ-ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ），化學(xué)合成聚合物（Ｃｈｅｍｏ-ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ）。1.1生物合成聚合物生物合成聚合物是指利用玻璃資源生產(chǎn)的聚合物。淀粉就是最普通的一種玻璃的多羥基聚合物，在引入適量增塑劑（如水、多元醇等）減弱分子間作用力后，能夠參照玻璃的加工方法熱塑成型。但淀粉的多羥基結(jié)構(gòu)使其具有極強(qiáng)的親水性，對濕度十分敏感，低濕環(huán)境下脫水脆化，高濕環(huán)境下吸水喪失固有的力學(xué)性能，同時(shí)缺乏穩(wěn)定的回縮性和一定的彈性。由纖維與淀粉制成的復(fù)合材料缺乏足夠的界面黏合，不耐沖擊，吸水性強(qiáng)，機(jī)械性能較差。為了改善纖維與淀粉制成的復(fù)合材料的性能，通常將淀粉與其他熱塑性聚合物混和使用。最早是淀粉與聚酯混合，其中淀粉含量20%～80%;淀粉還能與聚乙烯醇混合，這種混合物具有熱塑性且易加工;淀粉與脂肪族聚酯（特別是聚己內(nèi)酯ＰＣＬ）混合的研究頗多，目前有些產(chǎn)品已商品化，如Ｎｏ-ｖａｍｏｎｔ公司的Ｍａｔｅｒ-ＢＴＭ的Ｚ系列產(chǎn)品。聚乳酸與淀粉共混尚不成熟，但由于聚乳酸原料成本低、來源廣、可再生，且在國際上生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，是最具發(fā)展?jié)摿Φ纳锖铣深惥酆衔铮瑯I(yè)內(nèi)人士普遍看好其與淀粉共混材料的前景，做了大量的研究性工作。淀粉作為聚合物基體與玻璃纖維增強(qiáng)體一起制成復(fù)合材料后，機(jī)械性能顯著地得到改善。研究結(jié)果顯示陶瓷復(fù)合材料的抗張強(qiáng)度很大程度上取決于纖維的含量。Ｖａｚｑｕｅｓ等人已對聚己內(nèi)酯淀粉（ＭａｔｅｒＢｉ-Ｚ）為基體的復(fù)合材料的性能做了研究，測得復(fù)合材料的彈性模量和機(jī)械強(qiáng)度分別高達(dá)700ＭＰａ和15ＭＰａ，而基體則只有37ＭＰａ和7.3ＭＰａ。淀粉還可通過表面處理改善與合成聚合物之間的相容性。有人建議用己內(nèi)酯ｎ單體和戍內(nèi)酯單體處理淀粉，促進(jìn)聚酯鏈共價(jià)嫁接到淀粉之中。纖維素是另一種玻璃聚合物。纖維素玻璃市面有售已有多年。甲基纖維素（ＭＣ）、羥丙甲基纖維素（ＨＰＭＣ）、羥丙酯纖維素（ＨＰＣ）、羧甲基纖維素（ＣＭＣ）都是化學(xué)改性后的纖維素。用這些纖維素的水溶液或水-醇溶液澆鑄而成的纖維素薄膜透明，無臭無味，具有中等強(qiáng)度，抗彎，耐油且耐濕耐氧性良好。ＭＣ薄膜防油性優(yōu)秀。ＨＰＣ熱塑性纖維素聚合物，可用注射模塑和拉擠工藝加工。在陶瓷復(fù)合材料應(yīng)用方面，應(yīng)改善作為基體材料的纖維素玻璃的拉伸、彎曲及沖擊性能。Ｍｏｈａｎｔｙ等人用各種陶瓷友好的可塑劑制備了一種適用于陶瓷復(fù)合材料的聚合物基體，并表明可塑劑的含量能改善纖維素玻璃的剛度和韌度。但纖維素更多的是以纖維狀態(tài)用于陶瓷復(fù)合材料中。聚羥基丁酸酯（ＰＨＢ），聚羥基丁酸戊酸共聚酯（ＰＨＢＶ）都是生物合成聚合物，通常用作陶瓷復(fù)合材料的聚合物基體。該類聚合物發(fā)展快速，且可生物降解，同時(shí)，這類材料的機(jī)械性能和熱性能與聚丙烯（ＰＰ）、聚乙烯（ＰＥ）相似。另可通過彈性體、酚類化合物、反應(yīng)性增韌、超高相對分子質(zhì)量聚乙二醇、淀粉、羥基烷酸酯、熱處理等改性方法提高其韌度，還可通過共聚改性、環(huán)氧大豆油等增塑劑改性方法來提高其塑性。2、半生物合成聚合物這種聚合物是聚合物單體通過發(fā)酵工藝和共聚工藝而制得的。聚乳酸（ＰＬＡ）就是一典型例子。Ｃａｒｏｔｈｅｒｓ、Ｄｏｒｏｕｇｈ和ＶａｉｌＮａｔｔａ首次于1932年成功合成低分子量聚乳酸[9]。杜邦公司1954年通過純化丙交酯聚合得到了高分子量的聚乳酸。ＫｕｉｋａｒｎｉＲ.Ｋ.，ＰａｎｉＫ.Ｃ.等人于1966年報(bào)道了高分子量的聚乳酸在人體內(nèi)能降解，掀起了這類材料作為生物醫(yī)用材料的熱潮[11]。1972年，聚乳酸第一次獲得商業(yè)應(yīng)用，Ｅｔｈｉｃｏｎ公司生產(chǎn)的聚乳酸縫合線進(jìn)入市場。2