聚合物基复合材料(第2版普通高等教育十一五国家级规划教材)

该教材从聚合物合金化基本原理出发，拓展到填充改性及纤维增强复合材料及聚合物基纳米复合材料各种改性方法的应用实例、制备方法及最新研究进展，既阐述了各种复合材料的制备及相关原理，又列举了大量的实例，编写内容层次分明、条理清楚。在每章末尾作一小结，并添加启发性思考题，有利于激发学生的学习兴趣和创新思维能力的培养。 本教材适合材料科学与工程专业（尤其高分子材料及复合材料方向）的本科生、专科生及硕士生选用，也可供从事相关领域的技术工作的工程技术人员阅读参考。

顾书英，同济大学，教授，顾书英, 女，工学博士，教授，硕士生、博士生导师。从事高分子材料、纳米复合材料等方面的教学和科研工作。2004年被评为同济大学优秀青年教师，2007年主讲的本科课程《材料研究方法》荣获国家精品课程，2008年获韩国龙土木建筑奖励金一等奖，2002年获上海市科技进步三等奖，2005年获上海市科技进步二等奖。2007年编著国家“十一”五规划教材《聚合物基复合材料》。 主要研究领域:有机-无机纳米复合材料、生物可降解高分子材料、生物医用高分子材料、静电纺丝、流变行为。作为项目负责人或主要研究人员完成了上海市科学技术委员会的科技攻关项目、 863计划、上海市纳米科技专项、上海市重点科技攻关项目、上海市科技发展基金重大基础研究项目等。近年来，在相关领域发表学术论文60余篇，其中SCI 收录30余篇。

0绪论1 0?1高分子材料改性的主要方法1 0?1?1共混改性1 0?1?2填充改性2 0?1?3纤维增强2 0?1?4化学改性2 0?1?5表面改性2 0?2高分子材料改性的发展3 第1篇聚合物合金 第1章聚合物合金的基本原理5 1?1基本概念5 1?1?1聚合物合金的概念5 1?1?2聚合物合金化技术的特点5 1?1?3聚合物合金的制备方法6 1?2聚合物合金的分类7 1?2?1按热力学相容性分类7 1?2?2按聚合物合金的组成分类8 1?2?3按组分间有无化学键分类9 1?3聚合物间的相容性10 1?3?1基本概念10 1?3?2相容性的热力学基础11 1?3?3共混体系的相图13 1?3?4相分离的临界条件14 1?3?5两种相分离机理16 1?4相容性的预测及测定方法17 1?4?1相容性的预测17 1?4?2相容性的测定方法20 1?4?3聚合物共混体系的多尺度模拟23 1?5改善相容性的方法26 1?5?1相容聚合物的结构特征26 1?5?2改变链结构改善相容性27 1?5?3增容剂的应用28 本章小结31 思考题32 第2章聚合物合金的相态结构33 2?1相态结构的类型33 2?1?1海岛结构33 2?1?2两相连续结构35 2?1?3两相交错层状结构36 2?1?4含有结晶组分的相态结构36 2?2影响相态结构的因素37 2?2?1影响相连续性的因素37 2?2?2影响微区形态、尺寸的因素38 2?2?3含有结晶聚合物共混体系相态结构的影响因素39 2?3嵌段共聚物的微相分离结构40 2?3?1嵌段共聚物微区的结构形态40 2?3?2影响微相分离结构的因素42 2?4界面层的结构和特性44 2?4?1相界面的形态45 2?4?2相界面的效应46 2?4?3界面自由能与共混过程的动态平衡46 2?5形态结构的研究方法47 2?5?1光学显微镜法47 2?5?2电子显微镜法48 2?5?3原子力显微镜法49 本章小结50 思考题50 第3章聚合物合金的增韧机理52 3?1橡胶增韧塑料的增韧机理52 3?1?1橡胶增韧塑料体系的形变特点52 3?1?2橡胶增韧塑料体系的增韧机理56 3?1?3影响橡胶增韧塑料增韧效果的因素58 3?2刚性有机粒子(ROF)对工程塑料的增韧原理59 3?2?1刚性有机粒子增韧的冷拉机理59 3?2?2影响刚性有机粒子增韧效果的因素61 3?2?3两类不同分散相粒子对塑料增韧作用的比较61 本章小结62 思考题62 第4章聚合物合金的性能64 4?1聚合物合金的力学性能64 4?1?1聚合物合金玻璃化转变64 4?1?2聚合物合金的冲击强度67 4?1?3聚合物合金的其他力学性能68 4?2聚合物合金的流变特性68 4?2?1影响熔体黏度的因素68 4?2?2熔体的弹性效应70 4?3聚合物合金的其他性能72 4?3?1聚合物合金的透气性72 4?3?2聚合物合金的透光性72 4?3?3聚合物合金的电性能73 4?3?4聚合物合金的阻隔性73 本章小结74 思考题75 第5章聚合物合金的共混工艺与共混设备76 5?1分散相的“分散”过程与“凝聚”过程76 5?2控制分散相粒径的方法77 5?2?1共混时间的影响77 5?2?2共混组分熔体黏度的影响78 5?2?3界面张力与相容剂的影响78 5?3两阶共混分散历程79 5?4共混设备简介79 5?5共混工艺因素对共混物性能的影响80 本章小结81 思考题81 第6章聚合物合金各论82 6?1通用塑料合金82 6?1?1聚苯乙烯塑料的共混改性82 6?1?2聚氯乙烯（PVC）的共混改性88 6?1?3聚烯烃的共混改性91 6?2工程塑料的共混改性95 6?2?1概述95 6?2?2PA的共混改性96 6?2?3聚甲醛的共混改性101 6?2?4PET、PBT的共混改性102 6?2?5PC的共混改性105 6?2?6PPO的共混改性107 6?2?7特种工程塑料合金109 6?3热固性塑料的共混改性111 6?3?1环氧树脂的增韧111 6?3?2其他热固性树脂的共混改性119 6?4热塑性弹性体121 6?4?1概述121 6?4?2共聚型热塑性弹性体123 6?4?3共混型热塑性弹性体130 本章小结138 思考题140 第7章聚合物合金的进展141 7?1合金化的制造技术141 7?1?1反应加工技术141 7?1?2IPN技术142 7?1?3反应器合金147 7?1?4增容剂技术149 7?2功能性聚合物合金149 7?2?1生物降解性聚合物合金149 7?2?2永久防静电性聚合物合金152 7?2?3高吸水性聚合物合金152 7?2?4形状记忆聚合物合金152 7?3液晶聚合物的合金化154 7?3?1LCP合金的类型154 7?3?2LCP合金的相容性155 7?4具有自组装相形态的聚合物合金156 7?4?1具有自组装核?壳结构相形态的三元不相容聚合物合金156 7?4?2固体纳米粒子填充的二元不相容聚合物合金体系157 本章小结159 思考题160 参考文献160 第2篇填充改性及纤维增强聚合物基复合材料 第8章复合材料概述167 8?1复合材料发展史167 8?2复合材料的种类168 8?2?1聚合物基复合材料168 8?2?2碳基复合材料175 8?2?3混杂纤维复合材料179 8?2?4功能复合材料185 8?2?5生物体复合材料195 8?2?6智能复合材料196 本章小结197 思考题198 第9章填充改性聚合物基复合材料及其制备方法199 9?1填充剂的种类及基本特征199 9?1?1填充剂的种类199 9?1?2填充剂的基本特性201 9?2填充改性复合材料的制备方法202 9?2?1热塑性塑料的填充改性202 9?2?2填充改性效果应与其他工艺技术环节相结合203 9?2?3塑料挤出成型加工设备203 本章小结204 思考题204 第10章纤维增强聚合物基复合材料及其制备方法205 10?1增强纤维的种类及基本特性205 10?2纤维增强聚合物基复合材料的制备方法208 10?2?1聚合物基复合材料的工艺特点208 10?2?2聚合物基复合材料的制造方法208 本章小结215 思考题216 第11章复合材料的界面217 11?1概述217 11?2聚合物复合材料界面的形成及作用机理218 11?2?1界面层的形成219 11?2?2界面层的作用机理221 11?3填充、增强材料的表面处理223 11?3?1粉状填料的表面处理223 11?3?2玻璃纤维的表面处理225 11?3?3碳纤维的表面处理227 11?3?4Kevlar纤维的表面处理230 11?3?5超高分子量聚乙烯纤维的表面处理231 11?3?6天然纤维的表面处理231 11?4复合材料界面分析技术232 11?4?1红外光谱法232 11?4?2电子显微镜法233 11?4?3X射线光电子能谱234 11?4?4反气相色谱法235 11?4?5原子力显微镜237 11?4?6界面细观力学实验及理论分析238 本章小结239 思考题240 第12章聚合物基复合材料241 12?1聚合物基复合材料的基本性能241 12?1?1力学性能243 12?1?2疲劳性能244 12?1?3冲击性能244 12?1?4蠕变性能244 12?1?5低温冲击性能245 12?1?6物理性能246 12?2聚合物基复合材料结构设计247 12?2?1概述247 12?2?2材料设计249 12?2?3结构设计255 12?3聚合物基复合材料的应用259 12?3?1玻璃纤维增强热固性塑料(GFRP)的应用260 12?3?2玻璃纤维增强热塑性塑料(FR?TP）的应用262 12?3?3高强度、高模量纤维增强塑料的应用263 12?3?4天然纤维增强可降解塑料的应用264 12?3?5其他纤维增强塑料265 本章小结265 思考题266 参考文献266 第3篇聚合物基纳米复合材料 第13章纳米复合材料概述269 13?1纳米与纳米科技269 13?2纳米复合材料的定义269 13?3聚合物基纳米复合体系271 13?4纳米颗粒的制备方法272 13?4?1溶胶?凝胶法（sol?gel）272 13?4?2复合醇盐法272 13?4?3微乳液法273 13?4?4沉积法与等离子体法273 13?4?5分子及离子插层方法273 13?5聚合物基纳米复合材料的制备方法274 13?5?1溶胶?凝胶法274 13?5?2层间插入法275 13?5?3共混法276 13?5?4原位聚合法276 13?5?5分子的自组装及组装277 13?5?6辐射合成法277 13?6聚合物基纳米复合材料的特性278 本章小结278 思考题278 第14章聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料279 14?1层状硅酸盐黏土材料279 14?1?1蒙脱土的矿石性质279 14?1?2蒙脱土层状硅酸盐资源及其分布280 14?1?3有机黏土的制备281 14?2聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料283 14?2?1聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的研究现状283 14?2?2聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的性能特点及应用前景283 14?2?3聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法284 14?3插层过程的理论分析285 14?3?1插层过程的热力学分析285 14?3?2插层过程的平均场理论289 14?3?3插层过程的动力学分析290 14?3?4聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的结构和分类291 14?4聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的结构研究方法292 14?4?1透射电镜观察（TEM）292 14?4?2广角X射线衍射（WAXD）293 14?4?3小角X射线散射（SAXS）295 本章小结296 思考题297 第15章聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料各论298 15?1聚酰胺/层状硅酸盐纳米复合材料298 15?1?1原位聚合制备PA/层状硅酸盐纳米复合材料298 15?1?2熔融插层制备PA/层状硅酸盐纳米复合材料301 15?1?3PA/层状硅酸盐纳米复合材料的性能302 15?1?4PA/层状硅酸盐纳米复合材料的应用308 15?1?5商品尼龙/黏土纳米复合材料的性能308 15?2PET/层状硅酸盐纳米复合材料310 15?2?1原位聚合制备PET/层状硅酸盐纳米复合材料311 15?2?2熔体插层制备PET/黏土纳米复合材料313 15?2?3利用聚酯低聚物插层制备PET/层状硅酸盐纳米复合材料314 15?2?4PET/层状硅酸盐纳米复合材料的性能315 15?2?5PET/层状硅酸盐纳米复合材料的应用319 15?3PP/层状硅酸盐纳米复合材料319 15?3?1插层聚合法制备PP/层状硅酸盐纳米复合材料320 15?3?2熔融插层制备PP/层状硅酸盐纳米复合材料321 15?3?3溶液插层制备PP/层状硅酸盐纳米复合材料323 15?3?4PP/层状硅酸盐纳米复合材料的性能324 15?3?5PP/层状硅酸盐纳米复合材料的应用329 15?4生物降解高分子/层状硅酸盐纳米复合材料330 15?4?1生物可降解聚合物纳米复合材料的制备方法331 15?4?2生物可降解聚合物纳米复合材料的性能334 15?5UHMWPE/层状硅酸盐纳米复合材料339 15?5?1UHMWPE高岭土纳米复合材料的制备339 15?5?2UHMWPE/高岭土纳米复合材料的流变行为340 15?5?3UHMWPE/高岭土纳米复合材料的摩擦磨损性能342 15?6热固性树脂/层状硅酸盐纳米复合材料343 15?6?1环氧树脂/层状硅酸盐纳米复合材料的结构种类和制备方法343 15?6?2影响黏土在环氧体系中插层/解离的因素343 15?6?3插层/解离的固化热力学和动力学346 15?6?4环氧树脂/层状硅酸盐纳米复合材料的性能346 15?6?5其他热固性树脂/层状硅酸盐纳米复合材料347 15?7橡胶/层状硅酸盐纳米复合材料348 15?8具有特殊性能的聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料349 15?8?1具有剪切诱导有序结构的PS/蒙脱土纳米复合材料349 15?8?2低分子液晶/蒙脱土纳米复合材料的电控记忆效应349 15?8?3聚苯胺蒙脱土纳米复合材料的导电各向异性350 本章小结351 思考题352 第16章聚合物/碳纳米管复合材料353 16?1碳纳米管的制备、特性及表面处理353 16?1?1碳纳米管的制备354 16?1?2碳纳米管的结构和性能356 16?1?3碳纳米管的表面处理358 16?2碳纳米管在聚合物基体中的分散以及制备359 16?2?1碳纳米管在聚合物基体中的分散359 16?2?2碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法360 16?3聚合物/碳纳米管复合材料各论360 16?3?1尼龙/碳纳米管复合材料360 16?3?2PC/碳纳米管复合材料361 16?3?3PS/碳纳米管复合材料362 16?3?4环氧树脂/碳纳米管复合材料363 16?3?5橡胶/碳纳米管复合材料363 16?3?6PLA/碳纳米管复合材料365 16?3?7CNTs/两亲性聚合物复合材料366 16?4碳纳米管与聚合物相互作用机理367 本章小结368 思考题369 第17章聚合物/石墨烯纳米复合材料370 17?1石墨烯的结构与特点370 17?1?1石墨烯的结构370 17?1?2石墨烯的特点370 17?2石墨烯的制备及表面处理371 17?2?1石墨烯的制备方法371 17?2?2石墨烯的表面处理373 17?3聚合物/石墨烯复合材料的制备方法374 17?4聚合物/石墨烯复合材料的性能376 17?4?1力学性能376 17?4?2导电性能376 17?4?3热学性能378 17?4?4气体阻隔性能378 17?5聚合物/石墨烯纳米复合材料的应用379 17?5?1太阳能电池379 17?5?2传感器379 17?5?3超级电容器380 17?5?4生物材料380 17?5?5电子存储器381 17?5?6其他应用381 本章小结381 思考题382 第18章功能纳米粒子填充的聚合物基纳米复合材料383 18?1用于发光二极管的聚合物基纳米复合材料383 18?1?1共轭聚合物发光材料383 18?1?2用于复合材料的纳米粒子385 18?1?3发光聚合物基纳米复合材料386 18?1?4量子点与聚合物复合的意义388 18?1?5LED封装材料388 18?2磁性聚合物基纳米复合材料389 18?2?1磁性纳米粒子的基本特性389 18?2?2磁性纳米粒子的制备方法390 18?2?3磁性纳米粒子表面修饰392 18?2?4磁性聚合物基纳米复合材料394 18?2?5磁性纳米聚合物基复合材料的实际应用396 18?3其他聚合物基纳米复合材料398 18?3?1聚合物/石墨纳米复合材料398 18?3?2聚合物/碳酸钙纳米复合材料401 本章小结405 思考题406 参考文献406