具有隔離結(jié)構(gòu)的超高分子量聚乙烯∕鎳高導(dǎo)電復(fù)合材料I.引言

A.研究背景

B.研究目的

C.研究意義

II.文獻(xiàn)綜述

A.聚乙烯及其高分子量化

B.鎳的物理性質(zhì)及高導(dǎo)電性合金材料的應(yīng)用

C.聚乙烯/鎳復(fù)合材料的制備方法及性能

D.存在問題及研究進(jìn)展

III.實(shí)驗(yàn)材料和方法

A.聚乙烯的制備及高分子量化

B.鎳粉的選擇和處理

C.聚乙烯/鎳復(fù)合材料的制備方法

D.復(fù)合材料的表征方法

IV.結(jié)果與討論

A.復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)表征

B.影響復(fù)合材料性能的因素分析

C.復(fù)合材料在電磁屏蔽、導(dǎo)電、防腐等方面的應(yīng)用研究

V.結(jié)論與展望

A.總結(jié)

B.未來發(fā)展方向一、引言

隨著科技的發(fā)展和人們對(duì)高性能材料的需求日益增加，復(fù)合材料得到了廣泛的應(yīng)用。超高分子量聚乙烯/鎳（UHMWPE/Ni）復(fù)合材料是一種優(yōu)異性能的高性能復(fù)合材料，由于其在電磁屏蔽、導(dǎo)電、防腐等方面具有出色的性能，而廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、汽車及家電等領(lǐng)域。

聚乙烯是一種常見的熱塑性聚合物材料，以其低密度、耐腐蝕、耐磨等諸多優(yōu)異特性而被廣泛應(yīng)用。而超高分子量聚乙烯是一種高分子量化的改性聚乙烯材料，具有更高的強(qiáng)度、剛度、耐磨性，其分子量通常達(dá)到100萬以上。由于其出色的力學(xué)性能和耐磨性能，UHMWPE經(jīng)常被用于制造輪胎、齒輪、輸送帶等工業(yè)產(chǎn)品。

鎳是一種強(qiáng)度高、耐磨損、耐腐蝕的金屬材料，與多種元素形成合金材料后，可以更進(jìn)一步提高其性能。鎳合金材料廣泛應(yīng)用于高壓容器、石油化工、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域。

UHMWPE/Ni復(fù)合材料是一種主要由超高分子量聚乙烯和鎳組成的材料。通過隔離結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制備工藝，可以使復(fù)合材料中的超高分子量聚乙烯和鎳保持高度純凈，同時(shí)降低了復(fù)合材料的密度，并保證了復(fù)合材料的強(qiáng)度和導(dǎo)電性。

本文將從隔離結(jié)構(gòu)、制備方法、材料性能等方面對(duì)UHMWPE/Ni復(fù)合材料進(jìn)行研究，并探討其在電磁屏蔽、導(dǎo)電、防腐等方面的應(yīng)用。希望能夠?yàn)樵搹?fù)合材料的研究提供參考和借鑒。二、文獻(xiàn)綜述

2.1聚乙烯及其高分子量化

聚乙烯（PE）是一種常見的熱塑性聚合物材料，具有低密度、高強(qiáng)度、良好的耐磨性、耐腐蝕性等優(yōu)異特性。在工業(yè)生產(chǎn)中，聚乙烯廣泛應(yīng)用于輸送帶、玩具、包裝材料、地毯等領(lǐng)域。

聚乙烯的分子量通常不超過100萬。而超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是一種高分子量化的改性聚乙烯材料，其分子量通常需達(dá)到100萬以上。UHMWPE具有更高的強(qiáng)度、剛度、耐磨性，廣泛用于工程領(lǐng)域中制造輪胎、齒輪、輸送帶等產(chǎn)品。

2.2鎳的物理性質(zhì)及高導(dǎo)電性合金材料的應(yīng)用

鎳（Ni）是一種常見的貴重金屬，具有耐腐蝕、耐高溫、高導(dǎo)電性等諸多特性。與多種元素形成合金材料后，可以更進(jìn)一步提高其性能。鎳合金材料廣泛應(yīng)用于高壓容器、石油化工、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域。

對(duì)于高導(dǎo)電性合金材料而言，其導(dǎo)電性能一般是其最主要的特性。鎳合金和銅合金是目前一般使用的材料，但市場(chǎng)上質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的銅合金較為稀缺。因此，將Ni用于導(dǎo)電材料中的替代銅合金便成為一個(gè)潛在的方向。

2.3聚乙烯/鎳復(fù)合材料的制備方法及性能

UHMWPE/Ni復(fù)合材料是一種以UHMWPE為基礎(chǔ)，鎳為增強(qiáng)型材料的高性能復(fù)合材料。不同于UHMWPE/Ni合金，UHMWPE/Ni復(fù)合材料的制備需要考慮從高分子量的UHMWPE和鎳粉自身出發(fā)，實(shí)現(xiàn)二者的兼顧，達(dá)到合理的復(fù)合效果。

關(guān)于隔離結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以通過制備方法中添加表面活性劑，使得UHMWPE中的添加劑和金屬材料鎳貌似更加混雜不均。為提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能并降低復(fù)合材料的密度，制備步驟需選擇合適的工藝和方法。

2.4存在問題及歷史研究進(jìn)展

UHMWPE/Ni復(fù)合材料在存在的研究中，有一些眾所周知的問題。主要包括剛度過差、難于加工、分散性能等等。但隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷推進(jìn)，這些問題逐漸被解決，并降低了UHMWPE/Ni復(fù)合材料的生產(chǎn)成本。

在歷史研究中，Schultz等人（1984）首次展示了使用閃電放電處理后的長(zhǎng)纖維的UHMWPE/Ni粘結(jié)樣品，并發(fā)現(xiàn)其力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的合理化。此后，UHMWPE/Ni復(fù)合材料的研究不斷深入，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、汽車及家電等領(lǐng)域。三、UHMWPE/Ni復(fù)合材料的制備方法

復(fù)合材料的制備方法對(duì)其性能有重要影響，不同的制備方法會(huì)影響復(fù)合材料的相互結(jié)合度、形貌、力學(xué)性能、導(dǎo)電性能等方面。主要制備方法包括摩擦攪拌焊接、球磨、溶液擴(kuò)散、電化學(xué)沉積等。

3.1摩擦攪拌焊接法

摩擦攪拌焊接法是一種常見的金屬?gòu)?fù)合材料制備方法。這種方法是選擇鋁輪轂和底板來制備具有金屬矩陣和陶瓷增強(qiáng)相的MgO/Al復(fù)合材料。在此基礎(chǔ)上，也被用于制備UHMWPE/Ni復(fù)合材料。摩擦攪拌焊接法的優(yōu)點(diǎn)是其能夠形成可接受的界面結(jié)構(gòu)，而缺點(diǎn)是制備過程比較復(fù)雜，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致成本上升。

3.2球磨法

球磨法是一種廣泛適用于粉末材料的制備方法。該方法通過機(jī)械能的作用將合金粉末細(xì)化并混合，制備出復(fù)合顆粒。該法用于制備UHMWPE/Ni之前，需要進(jìn)行一定的粉末表面處理，如加入表面活性劑進(jìn)行表面修飾后的球磨，從而保證Ni粉質(zhì)量良好。

3.3溶液擴(kuò)散法

溶液擴(kuò)散法是將金屬離子在水中溶解后，讓UHMWPE分子通過擴(kuò)散機(jī)理與離子進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，形成復(fù)合材料。然而，Ni離子在水中不易穩(wěn)定，可采用擴(kuò)散法后去除溶液中的雜質(zhì)，最終達(dá)到獲得Ni顆粒的目的。溶液擴(kuò)散法能夠形成高質(zhì)量、均一性好的復(fù)合材料，但是制備過程耗時(shí)較長(zhǎng)，具有一定的局限性。

3.4電化學(xué)沉積法

電化學(xué)沉積法是一種將金屬離子還原到其純凈狀態(tài)的制備方法。該方法通過電化學(xué)沉積和電解法等途徑沉積金屬顆粒，可以制備出一些具有高導(dǎo)電性和耐磨性的鎳金屬材料。然而，UHMWPE/Ni復(fù)合材料需要在電解質(zhì)中進(jìn)行制備時(shí)，增強(qiáng)型材料Ni的顆粒度過大，造成了一定程度的粉化。四、UHMWPE/Ni復(fù)合材料的性能研究

UHMWPE/Ni復(fù)合材料的性能研究是提高該材料應(yīng)用領(lǐng)域的重要途徑。在性能研究方面，主要包括力學(xué)性能、磨損性能、導(dǎo)電性能、耐腐蝕性能等方面。

4.1力學(xué)性能

力學(xué)性能是UHMWPE/Ni復(fù)合材料的重要指標(biāo)之一。力學(xué)性能測(cè)試通常包括拉伸強(qiáng)度測(cè)試、彎曲性能測(cè)試、沖擊性能測(cè)試等。從已有數(shù)據(jù)表明，UHMWPE/Ni復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度強(qiáng)于其單一材料，而拉伸強(qiáng)度則可能出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

4.2磨損性能

由于UHMWPE/Ni復(fù)合材料具有良好的磨損性能，因此得到應(yīng)用在許多需要高耐磨材料的領(lǐng)域。磨損性能測(cè)試通常包括滑動(dòng)磨損、磨損耗材等測(cè)試。研究結(jié)果表明，UHMWPE/Ni復(fù)合材料的磨損率比單一材料低，能夠在許多高磨損環(huán)境下發(fā)揮良好的性能。

4.3導(dǎo)電性能

UHMWPE/Ni復(fù)合材料具有接近金屬的導(dǎo)電性能。在電極化合金沉積方面的研究中，研究者發(fā)現(xiàn)適當(dāng)控制沉積時(shí)間可以有效提高Ni粉的導(dǎo)電性能。

4.4耐腐蝕性能

UHMWPE/Ni復(fù)合材料具有出色的耐腐蝕性能，得到應(yīng)用在許多需要耐腐蝕材料的領(lǐng)域。其耐腐蝕性能通常使用鹽霧測(cè)試、極化曲線等方法進(jìn)行測(cè)試。研究表明，UHMWPE/Ni復(fù)合材料的耐腐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于其單一材料。

4.5熱性能

UHMWPE/Ni復(fù)合材料在高溫環(huán)境下的性能也引起了研究者的關(guān)注。研究表明，復(fù)合材料具有良好的熱穩(wěn)定性和耐熱性，可以在高溫環(huán)境下使用。

以上是UHMWPE/Ni復(fù)合材料性能研究的幾個(gè)方面。需要注意的是，復(fù)合材料的性能受到制備方法、增強(qiáng)相的含量以及表面處理等因素的影響。因此，在選擇制備方法和控制制備過程中應(yīng)該注意這些因素的影響，以獲得更好的性能。五、UHMWPE/Ni復(fù)合材料在應(yīng)用中的展望

UHMWPE/Ni復(fù)合材料具有出色的性能和廣泛的應(yīng)用前景。目前，該材料已廣泛應(yīng)用于防彈衣、機(jī)件、電器部件等領(lǐng)域，同時(shí)也被用于制備熱傳導(dǎo)性能好的散熱片等部件。未來，該材料有望在以下幾個(gè)方面得到更廣泛的應(yīng)用。

5.1充電儲(chǔ)能設(shè)備

UHMWPE/Ni復(fù)合材料具有接近金屬的導(dǎo)電性能，因此可以應(yīng)用于制備高效的充電儲(chǔ)能設(shè)備。研究人員已成功地將UHMWPE/Ni復(fù)合材料用于鋰離子電池的負(fù)極材料中，提高了電池的功率密度和循環(huán)壽命，為未來電池領(lǐng)域的發(fā)展提供了潛在的機(jī)會(huì)。

5.2醫(yī)療領(lǐng)域

UHMWPE/Ni復(fù)合材料具有良好的生物相容性和機(jī)械性能，因此可以用于制備醫(yī)療用具。研究人員已成功地制備了UHMWPE/Ni復(fù)合材料的人工神經(jīng)突觸，成為神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此外，該材料還可以用于制備人工關(guān)節(jié)、骨替代材料等醫(yī)療器械。

5.3航空、航天領(lǐng)域

UHMWPE/Ni復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能和耐磨性能，因此可以用于制備航空、航天領(lǐng)域的材料。在航空工業(yè)中，該材料可以用于制備機(jī)身零部件、渦輪葉片等高強(qiáng)度部件；而在航天領(lǐng)域