和玻纤、碳纤增强树脂基复合材料(FRC)相比,原位复合材料有如下几个优点:
(1)TLCP/TP体系加工粘度较低,设备所需能耗少,可以通过注射、挤出等手段进行加工。而对于FRC体系,在树脂基体中由于玻纤、碳纤的加入,会引起体系粘度的急剧上升,造成加工困难。另外,对FRC进行注射、挤出加工时,对设备的磨损也较为严重。
(2)原位复合材料可以回收,而FRC材料由于CF或GF在加工过程中折断较多,难以回收。
(3)大部分原位复合材料制品表面比较光滑,外观优于FRC材料。
(4)原位复合材料的力学性能可以通过熔融共混后的拉伸而进一步得到提高。
就目前的研究现状来看,TLCP/TP原位复合材料仍然存在着几个问题:一是力学性能的各向异性;二是价格;三是力学性能还不够高。力学性能的各相异性问题可以通过加工方法的改进而得到改善,国外有很多研究人员在从事这方面的工作,并已取得了令人鼓舞的成果。TLCP的价格问题,相信随着合成化学家的努力和工业生产的规模化会逐渐降低。 为了解决力学性能的不够理想问题,我国学者首次提出了原位混杂复合材料的概念[29],即用TLCP+CF(或GF)增强TP。利用使TLCP成纤的条件,能够在材料中形成直径在亚微米级的微纤,从加工来说,由于TLCP的作用,C纤维的折断也大为减少;从结构来看,材料中既有微米级的C纤维,又有亚微米级的TLCP微纤,C纤维赋予材料主要的强度和模量,微纤阻断材料中微裂纹的扩展,使材料具有更加均衡的力学性能。作者的研究结果表明,以PES为基体,原位混杂复合材料的力学性能显著高于C纤维增强PES,证明了原位混杂复合材料可能有良好的应用前景。
作为高性能与高价格同时并存的特种工程塑料一直在能负担高昂费用的国防军工、航空航天领域寻找市场,进入90年代以来,随着冷战的结束,各国缩减军费,特种工程塑料的发展出现了徘徊不前的情况,走合金化的道路已成为发达国家发展特种工程塑料的主要方向,一方面这可以提
高通用工程塑料的性能,另一方面可降低特种工程塑料的价格,扩大民用市场。而原位复合材料的出现则适应了这种需要,同时,原位复合材料改变了原有的填充、增强、共混改性的传统概念,被认为是本世纪末塑料改性的重大进展之一,受到世界各国材料学家的广泛关注。令人欣慰的是,我国也把原位复合材料看成一种很有生命力和发展前景的新材料,提出要高度重视这类材料的发展,应不失时机地加强研究与开发[30]。随着政府支持力度的增大加之科研人员的努力,我国在这一领域将会有更大的作为。