[科普中国]-复合塑料

复合塑料是指硬质塑料与软质塑料，实心塑料与泡沫塑料等复合而成的塑料的总称。

各种复合材料的历史追溯复合材料的历史，要跨越大约200万年前人类诞生时期，而探索到几亿年前的原始生物时代。如以贝壳为例，贝壳就是碳酸钙和某种蛋白质的复合材料。其中碳酸钙可严格地区分为方解石型(牡蛎壳等)和文石型(文蛤壳等)两种结晶结构不同的物质。另外，其遗骸成为硅藻土而有时用作填料的一种称为硅藻的生物，其细胞壁是由硅酸质无机物蓄积在多糖类基质上的复合材料所构成的。

历史记载了距今4000年前的古代埃及人在晒制砖头用的粘土中放入切碎的稻草，这可以说是人类制造复合材料的开端。后来胶合板、水泥和轮胎等重要发明都是根据复合材料的思想创造出来的，对提高人类生活水平作出了很大贡献。用作工业材料的一种复合材料的起源，可追溯到1839年美国人G.Goodyear发现的橡胶硫化方法，从此橡胶就发展成为有价值的工业材料。硫化橡胶就是在原料橡胶中添加硫化剂，填料、加工助剂和防老剂等橡胶助剂而制得的一种复合材料。二十世纪初期由于发现了补强性填料-炭黑，从而加速了橡胶的发展。从1931年美国Du Pont公司实现氯丁橡胶工业化及1933年德国开发丁苯橡胶时开始，合成橡胶得到了蓬勃发展。硫化橡胶的历史也就是橡胶复合材料的历史。橡胶历史悠久，同时还积累了以补强理论为中心的学术上的研究成果，它已是一种成熟的材料。

合成塑料的历史是从比利时出生的L.H.Baekeland于1909年在美国搞成的酚醛树脂的工业化开始的。在酚醛树脂之后，所有热固性塑料都很少单独使用，大多与一些填料复合后使用。例如酚醛树脂复合适当的填料，如木粉、石棉、云母、纸片和布片等。不饱和聚酯大多是用玻璃纤维等增强，用作所谓FRP(纤维增强)。因此热固性塑料的历史也就是热固性复合塑料的历史。其中FRP用途广泛，发展迅速，同时在学术上也推动了强度理论等的积极研究。

另一方面，热塑性塑料的历史是从本世纪二十年代到三十年代初由醋酸纤维索、聚醋酸乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氯乙烯等工业化开始的。后来英国ICI公司的E.W.Fawcett等人的高压聚乙烯(1938年)、美国Du Pont公司的W.H.Oarothers等人的尼龙66(1938年)以及根据K.Zieglar和G.Natta的研究成果由意大利Montecatini公司制造的低压聚乙烯(1953年)和聚丙烯(1958年)相继开发并实现了工业化，从五十年代后半期起石油工业飞跃发展，热塑性塑料的发展也很快。最早上市的热塑性复合塑料就是以碳酸钙等廉价填料填充的聚氯乙烯。聚氯乙烯大多是大量添加填料和增塑剂等加以使用的，这与橡胶很相似，是热塑性塑料中的一个特殊情况。聚氯乙烯以外的热塑性复合塑料的历史是从美国人R.Bradt在1951年发明玻璃纤维增强聚苯乙烯开始的。这种增强聚苯乙烯是用电线包覆方法的原理，将连续无捻玻璃粗纱与聚苯乙烯一同挤出后切粒而得，已由Fiberfil公司加以工业化，Fiberfil公司以同样的方法成功地实现了玻璃纤维增强尼龙66的工业化。1

复合塑料的分类填料系复合塑料习惯上是根据塑料和填料的种类进行分类，如图1所示。由于塑料的种类有热塑性和热固性两大类，因此复合塑料的制法有很大不同。热塑件复合塑料通常将树脂和填料混合后熔融混炼成粒状，再经过成型加工阶段。热固性复合塑料制造方法一般是将树脂原料含浸在填料中或与填料混合，使树脂原料固化成为复合塑料。因为热固性塑料的复合过程通常又是成型加工过程，所以在热固性塑料的场合，要把复合塑料评定为成型“材料”是比较困难的。2

发展的制约因素过去发展受到阻碍的因素有以下两个：

①热塑性塑料本身的大发展，从三十年代起新型热塑性塑料相继工业化，而且在数量上飞跃发展，盛况空前，此时无论是制造厂商或者用户，都集中精力来追求塑料本身的最大数量，因此不大注重其与其它材料进行复合。

②复合技术与相关技术不成熟。有必要将复合工程与成型方法关联起来加以察看。在橡胶和热固性塑料中添加大量填料和其它助剂是比较容易的，但是对热塑性塑料来说，要在高度生产性的前提下复合填料，在技术上受到很多限制。同时热塑性塑料主要采用注射成型和挤出成型等高速成型方法，这对复合塑料也是不利因素。特别是注射成型，存在着流动性降低和制品外观变差等极大的不利因素。此外，复合后的质量波动大，原本是为了提高质量和扩大用途而才复合的，反倒使质量可靠性产生了问题。1

复合塑料的市场需求的进展①难燃化问题。家用电器部件的美国UL标准的修订大致已照原定进程进行，并已完成了PhaseⅡ的阶段。与此对应，各种难燃塑料正在逐渐开发，除了三氧化二锑-有机卤化物系统的难燃塑料外，还开发了氢氧化铝和氢氧化镁等的含水无机化合物系统的难燃塑料。复合塑料已经成为难燃塑料的主流。

②环境问题。汽车排气管理对策所需要的相应的技术要求是：伴随着发动机中的燃烧温度的上升，发动机有关材料的耐热性必须提高随着发动机重量的增加，有关材料的重量必须减轻。在可以满足上述两项要求的材料中，人们对复合塑料的期望日益提高，现正积极地将各种部件替换成用复合塑料制作。

③食品卫生问题。聚烯烃和无机填料的复合材料既没有残余单体问题，又易于烧毁，因而开始受到注意，考虑发展，后来通过技术研究，其挤出成型性、真空成型性、制品刚性和耐冲击性等优点愈益明显，于是作为乳制品等食品容器用材料，它已占有很大地位。

④资源问题。资源问题包括两个方面，一是节约以石油为原料的塑料，另一是减轻车体和机体重量，以节约燃料。任一方面都确实是今后日益重要的课题。采用各种无机填料的复合塑料在节约原料方面，无机填料是从无机资源取得而不依赖于石油，在比重方面又比金属小得多，有了这些优点，可以称为与时代相适应的材料。

⑤社会问题。能源开发和宇宙开发等方面的一个关键问题是材料的耐热性和比强度要求高。人们为此采用了各种方法来改进塑料的这些性质，其中之一是发明了一种称为“高级复合物”的材料，它是将具有高度耐热性和比强度的无机纤维以及金属须晶加以复合而成的材料，现已达到实际应用阶段。基体聚合物除了采用环氧树脂和聚酰亚胺等热固性塑料外，对聚苯硫醚等耐热性热塑性塑料也在研究试用中。

⑥住宅开发。FRP在浴缸、洗涤槽、厕所和晒台等方面是极受欢迎的，今后仍将占有很高的地位。

⑦生活的多样化。人们对功能材料的关心日盖提高，正在积极研究使聚合物本身具有多种功能的所谓功能性高分子，其中有些研究结果已被实际应用了。另一方面，开始出现了一种设想，认为既能具有多样功能，又能在价格和其它性能(成型性和强度等)方面达到要求的，或许是一种功能性填料分散的复合塑料，这种复合塑料作为一大新的领域，今后将会得到认真的研究。

⑧价格动向。在石油危机后的新情势中，起因于原料问题的今后的价格趋势对复合材料来说也在向着有利的方向发展。1

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学