原位复合材料
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第356页（3214字）
起增强作用的组份在与基体聚合物混合过程中就地产生微纤结构的过程称原位复合，所得材料称原位复合材料。
原位复合是热塑性聚合物增强的一种新途径。
原位复合方法的前身是原位结晶，原位聚合和分子复合。1968年雅克(J．R．Jacques)等采用原位结晶的方法制备具各向异性的聚合物基复合材料，即在较高温度下将一种可溶于基体聚合物的低分子有机物与聚合物共混，于较低温度下有机物就地析出并结晶。由于这些晶体间只有相当弱的范德瓦作用力，以后的实验也都证明用这种方法没有希望得到高性能的材料。
1981年吉斯(G．Kiss)等采用原位聚合方法，先将单体(三氧烷)在基体聚合物中结晶化，再通过γ射线辐照使单体进行固相聚合成为高取向的纤状聚合物。由于固相聚合反应程度低，且生成的聚合物取向度不高，也不能获得预期性能的复合材料。鲍格门(R．H．Baughmn)等曾采用三键共轭的单体进行原位聚合获得成功，得到具有负的热膨胀系数的纤状伸展链单晶，并具有很高的强度和模量。但此类单体品种有限，原位聚合制备增强复合材料的方法和应用仍不能得以扩展。70年代末高柳素夫和海尔明尼亚克等分别将溶致性LCP(液晶聚合物)与柔性的聚合物进行溶液共混，再加入非溶剂使它们共沉淀，随后加工成型制得“分子复合材料”。这种复合的分散水平并非达到分子级的程度。
但这一方法为原位复合材料制备奠定了基础。1987年吉斯首次提出用“原位复合材料”这一术语来表示在复合过程中就地形成各向异性增强因素的这一类聚合物复合材料，并进行了一系列热致性LCP和热塑性塑料熔融共混物形态和力学性能的研究，得出原位复合加工容易，所得材料强度和模量等性能提高显着的结论。
至此以后，原位复合材料概念被世人接受，并特指为LCP与热塑性聚合物的共混物。
原位复合材料改进了传统宏观纤维增强树脂混合和加工工艺的弱点，可采用聚合物共混所用的方法，通过挤出、注塑和模压等连续成型。其共混体摩擦性低，设备磨损小，耗能低，对环境污染小。因LCP本身具较低熔融粘度，并且对基体聚合物分子可产生诱导效应，LCP与基体混合后粘度常比原基体的粘度低得多，使某些难以加工的高粘性、高玻璃化温度的聚合物易于加工，LCP起了润滑剂的作用，改善了聚合物的流动性。
此外，LCP在某些结晶性的聚合物中具有成核剂的作用，加快聚合物的成晶速率。LCP除了增强基体的力学性能外，还赋予基体聚合物一些特殊性能，如耐燃性、耐辐射性、耐化学腐蚀性等，提高了通用型聚合物的应用范围。
达到高性能原位复合材料的关键有两方面：(1)LCP与基体聚合物有良好的界面粘结力。界面相互作用与两聚合物的相容性有关，研究方法和结论与通常的聚合物相似。
(2)材料中必须有起增强的微纤结构。微纤的形成与加工方式、体系粘度密切相关。许多实验表明，加工时拉伸力有利于LCP形成微纤结构，因此，采用挤出、注塑成型对形成微纤是有效的，而剪切力使LCP趋于形成颗粒，所以模压对形成微纤效果差。1991年库里奇希姆(V．G．Kulichikhim)等研究以聚砜为基体的原位复合材料的流变性，获得共混体粘度与LCP含量、加工温度、剪切速率均有关，而粘度的变化影响到微纤形态和含量的变化。
同年比雷(D．Beery)研究以聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、尼龙等为基体的原位复合材料得到，微纤形成与粘度的关系是：LCP的粘度低于基体聚合物的粘度时，LCP在基体中易于伸展取向形成微纤，反之则形成颗粒，而两者的粘度取决于加工过程的剪切速率和温度。另外，研究表明原位复合材料微纤结构和含量在皮层和芯层存在着差异，由此引起材料内外层的力学性能不均一。
西格蒙(A．Siegmann)研究聚酰胺与LCP的共混物，将完整的挤出材料作力学性能测试后，再除去皮层，将芯质材料进行同样的力学性能测试，发现后者的强度和模量低于前者，而伸长率高于前者，降低或增加的数值与共混组份含量相关。这种现象被认为是喷泉流动(fountain flow)而使皮层有较高的定向作用。
但有些原位复合的体系却表现为芯层微纤结构的浓度高于皮层，如威斯(R．A．Weiss)和丛(T．Chung)等所研究的LCP和聚苯乙烯体系、LCP和尼龙12体系。这被归结为一种迁移现象。
无论哪一种研究结论均表明，原位复合材料的皮芯结构形态是不一样的，力学性能也是不同的。这与加工成型工艺条件有很大的关系。
已被用于原位复合材料研究的热塑性聚合物品种有通用塑料、工程塑料及特种塑料，包括聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮等。用于作原位复合材料中增强组份的商品LCP有Vectra、Ultrax、Xydar、LC－2000、XTG以及一些实验室制备的LCP。由于原位复合的基本加工条件是LCP和基体聚合物的熔融温度必须相匹配，而商品化LCP熔融温度均较高，因此获良好原位复合材料的品种是有限的。实验室制备获得增强效果明显的体系有LCP与聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚砜等共混物，其强度和模量均比原基体聚合物提高2～3倍，甚至可达4～5倍。
如吉斯将LCP聚酯酰胺与聚醚砜以30∶70共混，所得材料的拉伸模量接近聚醚砜模量的5倍，拉伸强度为聚醚砜的2倍多，而断裂伸长却降低数倍。目前虽然在实验室有诸多的研究品种和效果显着的实例，但加工工艺和LCP价格昂贵的限制使原位复合材料的工业化实施存在困难，因此现阶段尚无商品化报导。尽管如此，就材料本身的发展趋势和高技术要求新型综合性能的材料以及特殊用途的材料而言，原位复合是一种有效的新途径，同时也是开发LCP应用的重要领域。随着LCP价格的降低和加工工艺的深入研究，可望在短期内实现工业化。
根据原位复合材料的特点和发展趋势，今后的研究方向是理论上要解决LCP在基体聚合物中成纤的规律和机理，技术上要解决加工工艺过程的控制，这两者相辅相成。探索合适的工艺过程助其微纤结构形成，以保证基体聚合物获得增强，为工业化生产提供基础数据，从实验室走向工业化。
另一方面，在品种上要寻找同价格低廉的通用型聚合物加工温度相匹配的LCP，以获性能提高而成本较低的合金材料，扩大通用聚合物的高层次应用。同时进一步深入LCP与特种工程塑料的原位复合，制备高性能的合金材料，以满足特殊的应用和高技术的需要。
。【参考文献】：1 Kiss G.PolymEng Sci, 1987,27:410-423
2 Isayev A I,et al.Polym Composites, 1987,8:158-175
3 Kulichikhim V G, et al. J Appl Ploym Sci, 1991,42:363
4 Beery D,et al.Polym Eng Sci, 1991,31:451-466
5 Mehta Atul.etal. Poly Eng Sci, 1991,31:971 - 980
6 施建良，陈建定，吴叙勤．高分子材料科学与工程，1993，9(1)：1～7
(华东理工大学陈建定教授、李大芬硕士撰；吴叙勤审)