工程塑料改性培訓(xùn)課程.ppt

工程塑料及其應(yīng)用 青島科技大學(xué)塑料工程教研室 目錄 3工程塑料改性 工程塑料合金泛指工程塑料的共混物 主要包括PC PBT PA POM PPS PPO PTFE等工程塑料為主的共混體系 聚合物合金的發(fā)展歷史可以追溯到20世紀(jì)40年代 這一時(shí)期開發(fā)成功的高拉伸聚苯乙烯 是由苯乙烯和橡膠 順丁橡膠或丁苯橡膠 接枝共聚制得的聚合物合金 20世紀(jì)50年代初期開發(fā)成功的ABS樹脂是典型的聚合物合金 它是將聚丁二烯膠乳接枝在苯乙烯和丙烯腈共聚物上而制得的 3 1工程塑料合金 1 物理性能的改性 改性的目的是提高耐沖擊強(qiáng)度 耐熱性 尺寸穩(wěn)定性 耐藥品性 涂裝性等 其典型實(shí)例是汽車外護(hù)扳用的聚合物合金 PA PPO合金 2 成型加工性的改良 降低成本 提高流動(dòng)性和改善脫模性 代表實(shí)例是眾所周知的PC與ABS系合金 3 1工程塑料合金特點(diǎn) 3 多功能化改性 經(jīng)共混可使某些聚合物體系產(chǎn)生某種持殊性能 例如 防靜電性 導(dǎo)電性 阻燃性 潤(rùn)滑件 阻隔性 阻尼性等功能性 成為功能化塑料合金 3 1工程塑料合金特點(diǎn) 聚酰胺系合金開發(fā)的目的是提高耐沖擊性 剛性 耐熱性和尺寸穩(wěn)定性 3 1 1聚酰胺合金 聚酰胺合金品種有PA PE PA ABS PA PBT PA PET PA PPS等 更新型的品種有PA 聚芳酯 PA 硅樹脂等 主要有三類 一類是通過(guò)與聚烯烴 烯烴共聚物 彈性體等共混 以提高PA在低溫 干態(tài)下的沖擊強(qiáng)度和降低吸濕性 主要應(yīng)用于汽車 機(jī)械和電子 電氣 運(yùn)動(dòng)器械等領(lǐng)域 3 1 1聚酰胺合金 第二類是摻混高性能工程塑料 如PPO 聚芳酯等 主要是提高PA的耐熱性計(jì)改善綜合性能 這類共混物多用于汽車外殼 內(nèi)飾制品的生產(chǎn) 第三類為各種聚酰胺之間的共混物 它可以平衡各種聚酰胺的特性 擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域 3 1 1聚酰胺合金 PP PE的加入 有效地改善了PA6 PA66的吸濕性 提高了制品的尺寸穩(wěn)定性 PE PP為非極性聚合物 它們與強(qiáng)極性的聚酰胺不具有熱力學(xué)相容性 為提高相容性在PE PP分子鏈上接技馬來(lái)酸酐 MAH 以引入酸酐基團(tuán)或羧基 當(dāng)它們與PA熔融共混時(shí) 這些活性基因可同PA分子末端的氨基反應(yīng) 實(shí)現(xiàn)反應(yīng)增容 借以強(qiáng)化兩類聚合物的界面粘接 共混物的性能得以明顯改善 3 1 1聚酰胺合金之PA 聚烯烴合金 PA PE和PA PP合金的加工性能優(yōu)于PA 可采用注射 擠出等成型方法加工成各種制品 PA PP合金具有優(yōu)異的沖擊性能和良好的滑動(dòng)特性 可用作建筑材料 套管接頭等 PA PP合金與PA相比 吸水性低 密度低 尺寸穩(wěn)定性好 沖擊強(qiáng)度高 力學(xué)強(qiáng)度和剛性降低小 適宜制作緊固件 連接器 供涂裝用的汽車外裝零件以及大型電氣零部件等 3 1 1聚酰胺合金之PA 聚烯烴合金 PA ABS合金是一類結(jié)晶 非晶共混體系 兩組分具有一定的相容性結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)較精細(xì)的相分離狀態(tài) PA ABS合金的熱變形溫度和熔體流動(dòng)性有明顯提高 良好的成型加工性能為制造要求外觀品質(zhì)高的大型制品提供了保證 PA ABS合金是制造汽車車身殼板等汽車部件的理想材料 此外 它還具有良好的耐沖擊性 剛性和耐化學(xué)藥品性 在一般機(jī)械和日用品方面也有廣泛的應(yīng)用 3 1 1聚酰胺合金之PA ABS合金 3 1 1聚酰胺合金之PA ABS合金 PA6 ABS合金性能 PA PPS合金的關(guān)鍵是 在PA與PPS共混時(shí)添加酚醛型環(huán)氧樹脂作為相容劑 可顯著改善PA與PPS的相容性 制得具有優(yōu)良性能的PA PPS合金 PA PPS的突出特點(diǎn)是耐熱性優(yōu)良 PA66 PPS合金的熱變形溫度 1 82MPa 可高達(dá)245 以上 耐熱品級(jí)的長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)150 以上 因此 成為聚酰胺中的高檔材料 可用作耐熱性要求高的汽車氣缸蓋罩等零部件 3 1 1聚酰胺合金之PA PPS合金 3 1 1聚酰胺合金之PA PPS合金 PA66 PPS合金性能 在成型加工過(guò)程中 PA的酰胺鍵和PC的碳酸酯鍵 往往會(huì)發(fā)生氨基交換反應(yīng) 伴隨著相對(duì)分子質(zhì)量的降低和氣體的產(chǎn)生 給成型造成困難 采用馬來(lái)酸酐 芳基系共聚物作為相容劑 可抑制上述的氨基交換反應(yīng) 使PA與PC的合金化獲得成功 PA PC合金改進(jìn)了PC的耐化學(xué)藥品性 并具有良好的力學(xué)性能和電氣性能 可用于制造汽車外裝零件和辦公自動(dòng)化機(jī)器殼體等 3 1 1聚酰胺合金之PA PC合金 以聚酰胺為基體 以具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚芳酯和高沖擊韌度改良劑作為分散相 可制得具有高抗沖擊性能的PA PAR合金 其主要特點(diǎn)是 耐熱性優(yōu)異 在較寬的溫度范圍內(nèi)均有優(yōu)良的沖擊性能 耐溶劑和耐化學(xué)藥品性優(yōu)良 吸水率低 尺寸穩(wěn)定性好 成型收縮率較低 制品不易翅曲變形 加工溫度范圍寬 成型加工性能良好 其熔體流動(dòng)性一般介于PA6和PA66之間 由于熱穩(wěn)定性好 在多次受熱情況下 其結(jié)構(gòu)及共泥物形態(tài)很少變化 所以重復(fù)加工性能優(yōu)良 適宜采用注射成型 3 1 1聚酰胺合金之PA 聚芳酯合金 由PA與PTFE及特殊纖維共混制得的PA PTFE合金 具有優(yōu)異的耐摩擦磨損特性和耐疲勞性 作為耐磨材料使用時(shí) 對(duì)磨材料不管是鋼材 鋁材 還是塑料 都顯示出極為優(yōu)異的滑動(dòng)特性 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以不加潤(rùn)滑脂 這對(duì)提高零件的可靠性及簡(jiǎn)化工程等方面均具有重要意義 PA PTFE合金主要用于機(jī)械 交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域 如點(diǎn)式打印機(jī)的導(dǎo)向裝置 閥門 傳動(dòng)器等 3 1 1聚酰胺合金之PA PTFE合金 以PBT或PET為主體 與其他聚合物共混制得的合金統(tǒng)稱為熱塑性聚酯合金 目前已工業(yè)化生產(chǎn)的熱塑性聚酯合金主要是PBT合金 PBT樹脂與其他樹脂共混改性是為了在不顯著損害PBT樹脂性能的前提下 達(dá)到提高其缺口沖擊強(qiáng)度及耐熱性 改善其翹曲變形 尺寸穩(wěn)定性及制品外觀等目的 3 1 2熱塑性聚酯合金 PBT與PET的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似 熔融溫度也較接近 在共混時(shí)相容性良好 PBT與PET共混可以降低成本 對(duì)于PET而言 則解決了結(jié)晶速度慢 不易成型的問(wèn)題 此種合金成型溫度低 成型周期短 這是PBT高速結(jié)晶特性所產(chǎn)生的效果 具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性 熱穩(wěn)定性 強(qiáng)度 剛度和耐磨耗性 制品有良好的光澤 3 1 2熱塑性聚酯合金之PBT PET合金 缺點(diǎn) PBT PET合金在熔融滯留狀態(tài)易發(fā)生酯交換反應(yīng) 初期生成嵌段共聚物 后期則成為無(wú)規(guī)共聚物 使兩聚合物的特長(zhǎng)在共混物中消失 因此 防止酯交換反應(yīng)是制造PBT PET合金的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵 實(shí)際上 PBT PET合金幾乎都是玻璃纖維增強(qiáng)的 因其可提高結(jié)晶速度 增加剛性并使外觀更好 GF增強(qiáng)的此類合金主要用于制造各種家用電器部件及車燈罩等 3 1 2熱塑性聚酯合金之PBT PET合金 PBT與乙烯系聚合物共混 可提高其沖擊強(qiáng)度 但是 乙烯系聚合物與PBT的溶解度參數(shù)相差大 相容性不好 在共混時(shí)常呈現(xiàn)兩相結(jié)構(gòu) 兩相界面粘結(jié)不良 不能實(shí)現(xiàn)增韌改性 為此 人們著眼于用各種改性的乙烯共聚物與PBT共混 以增加共溫組分的相容性 3 1 2熱塑性聚酯合金之PBT PE合金 PBT PC合金體系實(shí)際上是三元體系 第三組分為EDPM 丙烯酸酯或有機(jī)硅類彈性體 共混過(guò)程中添加相容劑 適合PBT PC體系的相容劑有苯乙烯 馬來(lái)酸酐共聚物 S g MAH 苯乙烯 甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物 S g GMA 以及聚乙烯接技共聚物 PE g MAH 等 官能化的彈性體作第三組分有利于增加其相容性 PBT PC共混過(guò)程中 易發(fā)生酯交換反應(yīng) 同時(shí)體系中微量水分的存在會(huì)引起水解反應(yīng) 這兩種反應(yīng)均導(dǎo)致PBT PC的降解 PBT PC合金具有優(yōu)良的抗低溫沖擊 耐高溫老化和耐化學(xué)藥品性能 適合用作汽車的外裝飾部件 辦公自動(dòng)化和通信設(shè)備部件 3 1 2熱塑性聚酯合金之PBT PC合金 PBT ABS合金是典型的不相容體系 PBT與ABS共混 充分地利用了PBT的結(jié)晶性和ABS的非結(jié)晶性特征 使得該共混合金具有優(yōu)良的加工成型性 尺寸穩(wěn)定性 耐藥品性以及可涂裝性 3 1 2熱塑性聚酯合金之PBT ABS合金 PBT ABS合金廣泛用作汽車與摩托車的內(nèi)外裝飾件 小家電部件 光學(xué)儀器 辦公設(shè)備部件與外殼 玻璃纖維增強(qiáng)PBT ABS合金制品表面光潔 耐高溫?zé)Y(jié)涂覆 耐汽油 可作為摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)罩及其他部件 碳纖維增強(qiáng)PBT ABS合金具有良好的加工流動(dòng)性 高剛性 低撓度 表面光潔 柔性好 并具有良好的防電磁干擾功能 是手提電腦理想的外殼材料 3 1 2熱塑性聚酯合金之PBT ABS合金 PC是一種綜合性能較好的工程塑料 但是它的某些缺陷 如易于應(yīng)力開裂 對(duì)缺口敏感 耐磨性欠佳與加工流動(dòng)性較差等 很有必要改進(jìn) 3 1 3聚碳酸酯合金 PC與ABS共混制備PC ABS合金 可以降低PC粘度 提高PC的耐應(yīng)力開裂性 降低沖擊對(duì)缺口的敏感性 同時(shí)還可降低成本 PC ABS合金綜合性能優(yōu)異 與PC相比 PC AB5合金既具有PC的耐熱性 力學(xué)強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性 又降低了熔體粘度 改善了加工性能 提高了強(qiáng)度和低溫沖擊強(qiáng)度 3 1 3聚碳酸酯合金之PC ABS合金 PC 聚烯烴合金包括PC PP合金和PC PE合金 PC與聚烯烴共混 可提高PC的抗沖擊性能 改善PC的加工流動(dòng)性 降低制品的內(nèi)應(yīng)力 同時(shí)還可提高PC的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率 并降低PC的成本 在PC中加入PE 可改進(jìn)PC的厚壁耐沖擊性 PC 聚烯烴合金產(chǎn)品的沖擊強(qiáng)度高 沖擊強(qiáng)度比PC高4倍 且能耐高溫消毒 易加工 流動(dòng)性好 耐沸水 耐應(yīng)力開裂 適用于制作食品餐具 容器 安全帽 電器零件 電動(dòng)工具外殼和紡織用緯紗管等 3 1 3聚碳酸酯合金之PC 聚烯烴合金 PS的熔融粘度小 加工性能好 少量的PS與PC共混可大大提高PC的加工流動(dòng)性 從而提高PC的成型性 PC的雙折射率大 難以滿足制造某些類型光盤的要求 PS與PC共混可以減小PC的雙折射率 從而擴(kuò)大PC在光盤基材中的應(yīng)用 PS在PC中還可以起到剛性有機(jī)填料的作用 提高PC的硬度 另外 用PS替代部分PC 制成PC PS合金 可以減少價(jià)格昂貴的PC用量 從而降低成本 3 1 3聚碳酸酯合金之PC PS合金 PPO的熔融粘度高 流動(dòng)性差 加工成型困難 共混改性是PPO最重要的改性措施 其共混物被譽(yù)為最典型的聚合物合金 PPO與PS均為非晶聚合物 其相容性非常好 PPO與PS共混 改善了其加工流動(dòng)性 除了耐熱性能略低外 PPO PS合金的性能與PPO相似 表現(xiàn)出良好的電氣性能 均衡的力學(xué)性能和突出的耐水 耐熱水性能 3 1 4其他合金之PPO合金 PPO PA合金品種有PPO PA66 PPO PA6 能提高PA的熱性能 力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性 PPO PA合金具有PPO的高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和尺寸穩(wěn)定性 同時(shí)具有PA的耐溶劑性和成型性 是一種性能優(yōu)異的工程塑料合金 主要應(yīng)用于汽車零部件 如車輪蓋 發(fā)動(dòng)機(jī)同邊部件等 還可以用于電子電器 辦公用品 醫(yī)療器械等設(shè)備部件 3 1 4其他合金之PPO合金 PPO與PA66 PA6是完全不互容的聚合物 利用相容化和摻混技術(shù) 可將非結(jié)晶性的FPO和結(jié)晶性樹脂PA合金化 由PA海相和PPO島相形成海 島微觀相分離結(jié)構(gòu) 使合金兼具PA和PPO的優(yōu)點(diǎn) 形成高剛性 高強(qiáng)度 高耐熱性 綜合性能優(yōu)異的新型材料 PPO還可與其他聚合物 如PBT PET ABS 聚烯烴 PTFE 彈性體等共混形成合金 3 1 4其他合金之PPO合金 POM是典型的結(jié)晶性聚合物 與其他聚合物共很時(shí)相容性較差 大多采用彈性體增韌 如PB TPU EPDM 丙烯酸酯類橡膠 乙烯共聚物等 此外 還應(yīng)用PTFE等樹脂 聚乙烯相對(duì)POM具有較好的韌性 加工成型性好 與POM共混 能改善POM的加工性能 產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性 材料的沖擊強(qiáng)度 可制造出剛?cè)峤Y(jié)合 綜合性能較為平衡的合金材料 用于儀表的傳動(dòng)部件 3 1 4其他合金之POM合金 聚酰胺大分子鏈中的氨基能與POM中的醚鍵形成氫鍵 因此 POM與PA有較好的相容性 非結(jié)晶性聚酰胺對(duì)POM具有較好的增韌作用 與非結(jié)晶性聚酰胺共混 能改善其耐侯性 缺口沖擊的敏感性 可制備綜合性能優(yōu)異的工程結(jié)構(gòu)材料 聚四氟乙烯 PTFE 是優(yōu)良的耐磨材料 與POM共混能有效提高POM的耐磨性 制得高耐磨材料 3 1 4其他合金之POM合金 聚苯硫醚 PPS 韌性差 熔融過(guò)程粘度不穩(wěn)定 在空氣中加熱產(chǎn)生氧化交聯(lián) 研制較多的有PPS PA PPS PS PPS ABS PPS AS PPS PP0 PPS PC PPS PSF PPS PEEK PPS PES PPS與PA6 PA66等共混可顯著提高其沖擊強(qiáng)度 雖然PPS與PA因熔融溫度和熱分解溫度相差懸殊 實(shí)現(xiàn)良好的共混有困難 但與預(yù)期情況相反 兩者在高溫下卻呈現(xiàn)很好的工程上的混溶性 PPS與PS均為脆性材料 但PPS摻混PS后沖擊強(qiáng)度得到改善 PPS與ABS共混 增韌效果更突出 與AS樹脂共混也有一定的改性效果 3 1 4其他合金之PPS合金 3 2 1聚酰胺復(fù)合材料玻璃纖維 石棉纖維 碳纖維 金屬晶須等增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料 在很大程度上彌補(bǔ)了聚酰胺性能上的不足 其中以玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺最為重要 3 2工程復(fù)合材料 聚酰胺經(jīng)玻璃纖維增強(qiáng)后 力學(xué)強(qiáng)度 剛性 尺寸穩(wěn)定性和耐熱性等明顯提高 成為性能優(yōu)良 用途廣泛的工程塑料 將它作為替代金屬材料的結(jié)構(gòu)零部件使用時(shí) 疲勞強(qiáng)度約為末增強(qiáng)聚酰胺的2 5倍 它的比疲勞強(qiáng)度已經(jīng)接近金屬的水平 玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺的蠕變與未增強(qiáng)聚酰被相比 也有大幅度的下降 而且增強(qiáng)聚酰胺的蠕變大部分發(fā)生在最初的幾十小時(shí)之內(nèi) 以后便逐漸趨于平緩 這種蠕變特性對(duì)于結(jié)構(gòu)零部件來(lái)說(shuō)是十分可貴的 玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺的熱變形溫度較高 而且耐熱老化性也比未增強(qiáng)聚酰胺好 使用壽命隨之提高 這是因?yàn)椴ＡЮw維具有良好的網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)強(qiáng)作用 即使聚酰胺本身受到熱老化作用 其強(qiáng)度仍能由玻璃纖維的網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)強(qiáng)而在相當(dāng)程度上得到維持 3 2 1聚酰胺復(fù)合材料 纖維增強(qiáng)聚酰胺的生產(chǎn)方法有短纖法和長(zhǎng)纖法 所謂短纖法是將切斷的纖維混入聚酰胺樹脂中 同時(shí)加入雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行共混 長(zhǎng)纖法是玻璃纖維從雙螺桿熔融區(qū)導(dǎo)入 通過(guò)雙螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)帶入雙螺桿與熔融的基料匯合 并進(jìn)入螺桿的捏合區(qū) 經(jīng)捏合塊強(qiáng)剪切作用 將纖維剪成一定長(zhǎng)度的短纖與基料混合均勻 而得到最終產(chǎn)品 3 2 1聚酰胺復(fù)合材料 增強(qiáng)聚酰胺的品種繁多 幾乎所有聚酞胺都可以制造增強(qiáng)品級(jí) 商品化較多的品種有 增強(qiáng)PA6 增強(qiáng)PA66 增強(qiáng)PA46 增強(qiáng)PAl0l0等 其中 產(chǎn)量和用量最大的是增強(qiáng)PA6 增強(qiáng)PA66 玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺除了與未增強(qiáng)聚酰胺的用途相同之外 還適合制作在力學(xué)強(qiáng)度 剛性 韌性 耐熱性和尺寸穩(wěn)定性等方面有著更高要求的機(jī)械 汽車 電器等零部件 如電鉆外殼 增壓器管道 汽車車蓋 汽車變速桿底座 汽車制動(dòng)踏板 泵葉輪 螺旋槳 軸承 袖套 齒輪 滑輪 螺母 手柄 撥叉 燈座 工具把手 各種開關(guān) 油箱等 也可加工成管材和棒材 3 2 1聚酰胺復(fù)合材料 玻璃纖維增強(qiáng)PC提高了聚碳酸酯的強(qiáng)度 剛性和尺寸穩(wěn)定性 改善了應(yīng)力開裂性 在機(jī)械 儀表 電器 交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域 被廣泛用于制造軸承保持架 導(dǎo)軌 齒輪 設(shè)備殼體 電子計(jì)算機(jī)零件 精密儀器零件 配電板 電動(dòng)工具罩 汽車零件 飛機(jī)零件 自行車零件以及宇航員頭盔等 由于該復(fù)合材料在很大程度上改善了聚碳酸酯的應(yīng)力開裂 玻璃纖維增強(qiáng)聚碳酸酌的線膨脹系數(shù)和鋁 鋅等輕金屬屬于同一水平 因此 可用于制備帶有嵌件的制品 3 2 2PC復(fù)合材料 3 2 1聚酰胺復(fù)合材料玻璃纖維 石棉纖維 碳纖維 金屬晶須等增強(qiáng)聚酰胺復(fù)合材料 在很大程度上彌補(bǔ)了聚酰胺性能上的不足 其中以玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺最為重要 3 2工程復(fù)合材料 采用在POM中添加玻璃纖維 玻璃微珠及碳纖維等 以提高聚甲醛的強(qiáng)度 剛性和熱變形溫度 并降低成本 加入GF后 由于流動(dòng)剪切力的作用 玻璃纖維在流動(dòng)方向上的取向 會(huì)同時(shí)引起流動(dòng)方向與相垂直方向上性能的差異 從而造成制品整體性能的不均衡 產(chǎn)生翹曲和變形 另外 還會(huì)使聚甲醛的耐磨損性下降 為了克服玻璃纖維由于取向?qū)е伦冃渭靶阅懿痪獾膯?wèn)題 可采用玻璃微珠增強(qiáng)的方法 采用碳纖維增強(qiáng) 也具有明顯的增強(qiáng)效果 并可彌補(bǔ)玻璃纖維增強(qiáng)導(dǎo)致耐磨性大幅度下降的不足 3 2 3POM復(fù)合材料 POM復(fù)合材料性能 3 2 3POM復(fù)合材料 特點(diǎn) 所謂納米工程塑料 是指金屬 非金屬和有機(jī)填充物以納米尺寸分散于工程塑料基體中形成的樹脂基納米復(fù)合材料 在樹脂基納米復(fù)合材料中 分散相的尺寸至少在一維方向上小于100nm 由于分散相的納米尺寸效應(yīng) 大的比表面面積和強(qiáng)界面結(jié)合 會(huì)使納米工程塑料具有一般工程塑料所不具備的優(yōu)異性能 因此 納米工程塑料是一種全新的高技術(shù)新材料 具有極為廣闊的應(yīng)均前景和商業(yè)推廣價(jià)值 3 3納米工程塑料 制備關(guān)鍵技術(shù)在于分散技術(shù)和界面處理手段 1 分散技術(shù)由于納米微粒的團(tuán)聚現(xiàn)象 使其在高分子基體中很難呈納米級(jí)分散 納米效應(yīng)難以發(fā)揮 復(fù)合材料的應(yīng)力集中較為明顯 微裂紋發(fā)展成宏觀開裂 造成復(fù)合材料性能下降 高分子基體與納米微粒間的弱界面作用 也使得納米微粒對(duì)高分子材料的填充改性效果未能達(dá)到理想狀態(tài) 成為制備高性能納米復(fù)合材料的瓶頸技術(shù) 3 3 1納米工程塑料制備 因此進(jìn)行表面修飾是十分必要的 可改善納米粉體與基體間的相容性和潤(rùn)濕性 提高它在基體中的分散設(shè) 增強(qiáng)與基體的界面結(jié)合力 從而提高納米復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度和綜合性能 2 界面處理塑料破壞本質(zhì)在于其在外力作用下 大分子鏈發(fā)生滑移或斷裂 從而使材料被拉出晶區(qū)造成宏觀破壞 納米工程塑料由于納米微粒均勻分散在基體中 改善了鏈間作用 阻礙了分子間的運(yùn)動(dòng) 起到了有效的支撐強(qiáng)化作用 阻止了基體材料分子鏈的滑移 因而填充改件劑與高分子系體界面間的粘結(jié)強(qiáng)度 對(duì)納米工程塑料的性能是至關(guān)重要的 3 3 1納米工程塑料制備 納米微粒由于表面能高 微粒間極易團(tuán)聚 而且一旦團(tuán)聚 不但納米材料本身的性能不能得到正常發(fā)揮 還會(huì)影響復(fù)合材料的綜合性能 納米微粒的表面改性是指用物理或化學(xué)方法對(duì)微粒表面進(jìn)行處理 改變微粒表面的物化性質(zhì) 其目的就是改善納米粉體表面的可潤(rùn)濕性 增強(qiáng)納米粉體在介質(zhì)中的界面相容性 使納米微粒容易在有機(jī)化合物中分散 提高納米粉體的應(yīng)用性能 使其在復(fù)合材料的基體中達(dá)到納米微粒應(yīng)有作用 提高納米復(fù)合材料的力學(xué)性能 3 3 1納米材料表面改性技術(shù) 1 表面物理吸附或包覆改性 2 表面化學(xué)改性 醇酯化反應(yīng)法 酸酯化反應(yīng)法和偶聯(lián)劑法 3 表面接枝改性 與顆粒表面的接枝反應(yīng) 顆粒表面聚合生長(zhǎng)接技 聚合與表面接枝同步進(jìn)行 4 機(jī)械化學(xué)改性 粉碎 研磨 3 3 1納米材料表面改性方法 制備方法 插層技術(shù) 溶膠 凝膠技術(shù) 共混技術(shù) 在位分散聚合技術(shù) 1 插層技術(shù)是根據(jù)層狀無(wú)機(jī)物 如粘土 云母 五氧化二礬 三氧化錳層狀金屬鹽類等 在一定驅(qū)動(dòng)力作用下能碎裂成納米尺寸的結(jié)構(gòu)微區(qū) 其片層間距一般為納米級(jí) 可容納單體和聚合物分子的原理而形成的 3 3 1納米工程塑料制備方法 根據(jù)插層形式不同又可分為以下幾種 插層聚合 溶液或乳液插層及熔體插層 由于納米微粒的片層結(jié)構(gòu)在復(fù)合材料中高度有序 所以復(fù)合材料有很好的阻隔性和各向異性 3 3 1納米工程塑料制備方法 2 溶膠 凝膠技術(shù)是在聚合物存在的前提下 在共溶體系中使前驅(qū)物水解 得到溶膠 進(jìn)而凝膠化 干燥制成納米材料 該方法又可細(xì)分為 前驅(qū)物溶于聚合物溶液中后再溶膠 凝膠 生成溶膠后與聚合物共混 再凝膠 在前驅(qū)物存在下先使單體聚合 再凝膠化 前驅(qū)物和單體溶解于溶劑中 讓水解和聚合同時(shí)進(jìn)行 3 3 1納米工程塑料制備方法 3 共混技術(shù)適合各種形態(tài)的納米微粒 共混法可分為溶液共混法 乳液共混法 熔融共混法及機(jī)械共混法 共混技術(shù)將納米微粒與材料的合成分步進(jìn)行 可控制微粒形態(tài) 尺寸 其難點(diǎn)是微粒的分散問(wèn)題 控制微粒微區(qū)相尺寸及尺寸分布是其成敗的關(guān)鍵 在共混時(shí) 除采用分散劑 偶聯(lián)劑 表面功能改性劑等綜