聚合物基納米復合材料的制備方法及其性能

聚合物基納米復合材料的制備方法及其性能林永紅;潘利華【摘要】聚合物基納米復合材料PNC以其宏觀復合材料無法替代的優(yōu)勢日益獲得學術(shù)界和企業(yè)界的青睞.材料在納米尺度上的復合,將產(chǎn)生高性能化和功能化.這里著重分析和討論了聚合物基納米復合材料的制備方法以及材料的優(yōu)異性能.期刊名稱】《東華大學學報（自然科學版）》年(卷),期】2003(029)006【總頁數(shù)】4頁（P131-134）【關(guān)鍵詞】納米復合材料;納米分散相;納米效應【作者】林永紅;潘利華【作者單位】東華大學材料科學與工程學院,上海,200051;東華大學材料科學與工程學院,上海,200051【正文語種】中文【中圖分類】基礎(chǔ)科學第29卷第6期2003年12月東華大學學報（自然科學版）JOURNALOFOONGHUAUNIVERSITYVol.Z!J,No.6Dec.2003聚合物基納米復合材料的制備方法及其性能林永紅，潘利華〈東華大學材料科學與工程學院，上海，200051）摘要聚合物基納米復合材料PNC以其宏觀復合材料無法替代的優(yōu)勢日益獲得學術(shù)界和企業(yè)界的青睞．材料在納米尺度上的復合，將產(chǎn)生高，除能化和功能化．這里著重分析和討論了聚合物基納米復合材料的制備方法以及材料的優(yōu)異性能．關(guān)鍵詞：納米復合材料，納米分散相，納米效應中圖法分類號,TB324納米復合材料是指分散相尺寸至少有一維小于lOOnm的復合材料。納米分散相的比表面積非常大，約100m2/g，分散相與基體間具有強烈的界面相互作用，因此納米復合材料往往表現(xiàn)出不同于一般宏觀復合材料的力學性能、熱學性能、電磁學性能以及光學性能等，成為21世紀重點發(fā)展的新型材料。聚合物基納米復合材料(PolymericNanocom陽site)則是以高聚物為基體，與金屬粒子、無機非金屬粒子或片層以及有機物等進行納米級復合而得到的一種性能優(yōu)異的材料[卜”。1聚合物基納米復合材料PNC的制備1.1聚合物基納米復合材料的種類聚合物基納米復合材料主要有3種：(1)有機／有機復合材料。聚合物分子復合材料是聚合物基纖維增強復合材料的引申和發(fā)展，即作為增強劑的剛性棒狀高分子以分子水平(直徑10nm左右〉分散在柔性高分子基體中。其突出代表是聚合物／熱致液晶高聚物TLCP，聚合物／溶致液晶高聚物LLCP原位復合材料。美國阿克隆大學Harris和Cheng以及德國漢堡大學Kricheldorfl町等在分子復合材料的研究中非?；钴S并取得了突破性進展。Hu等用反應性增容與分子鏈的聚合擴鏈同時進行的方法，控制聚合誘導相分離過程，制備納米級分散的納米共混物；Inoue等發(fā)現(xiàn)在反應性共混中原位生成的接枝或嵌段大分子獨特的界面行為，即界面撥收稿日期：2002-07-05出(pullout)，從而在基體聚合物中產(chǎn)生的納米級(~40nm)分散相，成功地研制了耐高溫聚酷膠、超韌聚合物和熱塑性彈性體[l凹的。另外，有機納米微球的制備，有機一有機分子間的雜化以及核一殼結(jié)構(gòu)和互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等有機納米復合材料的研究均實現(xiàn)了材料性能優(yōu)化和可控性。(2)聚合物／層狀元機物復合材料。無機物以單層片狀或?qū)訝钚螒B(tài)分散于有機高分子聚合物中。無機物一般具有片層狀(鱗片狀)結(jié)構(gòu)，其片層間距一般在零點幾到幾個納米之間，層間往往還具有活性，以便有機高分子能插人其中進行反應或者聚合。層狀元機物有：①石墨或其他天然以及人工合成的層狀硅酸鹽化合物，如天然層狀硅酸鹽、滑石、云母、粘土和蛇紋石等以及人工合成的層狀沸石，鏗蒙脫石和氟惺蒙脫石等［17)；②層狀金屬氧化物，如：V2Os,Mn03,W03等，這些氧化物往往具有特殊的功能，如半導性、電致變色等；③層狀過渡金屬二硫化物或硫代亞磷酸鹽，孑L。馬CM二Ti,Zr,Hf,V等；X二S,Se),AM烏CM=Ti,V,Cr,Mn等；A二堿金屬〉和MP兀CM=1龜，V,Mn,Fe等〉；④層狀金屬鹽類化合物，雙氫氧化物等。(3)聚合物／：無機納米粒子復合材料間。聚合物／無機納米粒子復合材料是以納米級無機粒子填充到聚合物當中去的。由于小尺寸等效應使材料具有光、電、磁、熱和化學活性等功能，并賦予材料良好的第29卷第6期2003年12月東華大學學報(自然科學版)VoLZJ,No.6Dec.2003聚合物基納米復合材料PNC以其宏觀復合材料無法替代的優(yōu)勢日益獲得學術(shù)界和企業(yè)界的青睞．材料在納米尺度上的復合，將產(chǎn)生高，除能化和功能化．這里著重分析和討論了聚合物基納米復合材料的制備方法以及材料的優(yōu)異性能．關(guān)鍵詞：納米復合材料，納米分散相，納米效應納米復合材料是指分散相尺寸至少有一維小于lOOnm的復合材料。納米分散相的比表面積非常大，約100m2/g，分散相與基體間具有強烈的界面相互作用，因此納米復合材料往往表現(xiàn)出不同于一般宏觀復合材料的力學性能、熱學性能、電磁學性能以及光學性能等，成為21世紀重點發(fā)展的新型材料。聚合物基納米復合材料(PolymericNanocom陽site)則是以高聚物為基體，與金屬粒子、無機非金屬粒子或片層以及有機物等進行納米級復合而得到的一種性能優(yōu)異的材料［卜”。聚合物基納米復合材料的種類聚合物基納米復合材料主要有3種：(是聚合物基纖維增強復合材料的引申和發(fā)展，即作為增強劑的剛性棒狀高分子以分子水平(直徑10nm左右〉分散在柔性高分子基體中。其突出代表是聚合物/熱致液晶高聚物TLCP，聚合物/溶致液晶高聚物LLCP原位復合材料。美國阿克隆大學Harris和Cheng以及德國漢堡大學Kricheldorfl町等在分子復合材料的研究中非?；钴S并取得了突破性進展。Hu行的方法，控制聚合誘導相分離過程，制備納米級分散的納米共混物；Inoue等發(fā)現(xiàn)在反應性共混中原位生成的接枝或嵌段大分子獨特的界面行為，即界面撥出(pullout),從而在基體聚合物中產(chǎn)生的納米級(~40nm)分散相，成功地研制了耐高溫聚酷膠、超韌聚合物和熱塑性彈性體［I凹的。另外，有機納米微球的制備，有機一有機分子間的雜化以及核一殼結(jié)構(gòu)和互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等有機納米復合材料的研究均實現(xiàn)了材料性能優(yōu)化和可控性。(2)聚合物／層狀元機物復合材料。無機物以單層片狀或?qū)訝钚螒B(tài)分散于有機高分子聚合物中。無機物一般具有片層狀(鱗片狀)結(jié)構(gòu)，其片層間距一般在零點幾到幾個納米之間，層間往往還具有活性，以便有機高分子能插人其中進行反應或者聚合。層狀元機物有：石墨或其他天然以及人工合成的層狀硅酸鹽化合物，如天然層狀硅酸鹽、滑石、云母、粘土和蛇紋石等以及人工合成的層狀沸石，鏗蒙脫石和氟惺蒙脫石等［17);②層狀金屬氧化物，如：V2Os,Mn03,W03等，這些氧化物往往具有特殊的功能，如半導性、電致變色等；③層狀過渡金屬二硫化物或硫代亞磷酸鹽，孔。馬CM二Ti,Zr,Hf,V等；X二S,Se),AM烏CM=Ti,V,Cr,Mn等；A二堿金屬〉和MP兀CM=1龜，V,Mn,Fe等〉；④層狀金屬鹽類化合物，雙氫氧化物等。(3)聚合物／：無機納米粒子復合材料間。聚合物／無機納米粒子復合材料是以納米級無機粒子填充到聚合物當中去的。由于小尺寸等效應使材料具有光、電、磁、熱和化學活性等功能，并賦予材料良好的132第29卷硬度、耐磨性等。無機納米微粒與有機分子的雜化可制備非線性光學材料，從而提高材料的熱穩(wěn)定性及非線性光學性能。1.2聚合物基納米復合材料的制備方法1.2.1共混法共1昆法是指制備出納米粒子，然后再通過各種方式與有機聚合物混合，其典型方法有3種：(1)溶液共混法。即在聚合物溶液中加入納米粒子，充分攪拌溶液，使之分散均勻，然后再除去溶劑。此法的難點是如何防止納米粒子的團聚問題。(2)乳液共混法。其方法與溶液共i昆法相似，主要是用于聚合物難于溶解的情況。(3)熔融共混法。先對納米粒子進行表面處理，防止其團聚，然后再加入到聚合物中去，在熔融狀態(tài)下進行共混。共混法的優(yōu)點在于納米粒子與材料的合成分步進行，可控制納米粒子的形態(tài)和尺寸，但是納米粒子容易團聚，均勻分散困難。共混法一般應用于聚合物／無機納米粒子復合體系，也可應用于聚合物分子復合材料。1.2.2原位分散聚合法此方法應用原位填充，使納米粒子在單體中均勻分散，然后進行聚合反應，既實現(xiàn)了填充粒子的均勻分散，同時又保證了粒子的納米特性。在原位填充過程中，基體只經(jīng)過一次聚合成型，不需要加工，避免了由此產(chǎn)生的熱降解，從而可以保證基體各種性能的穩(wěn)定。1.2.3層問插入法層間插人法是有機納米復合物制備的重要方法。許多無機化合物都具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，可以嵌入有機物，通過合適的方法將聚合物插入其中，便可獲得有機納米復合物。根據(jù)插層形式的不同可分為三類：(1)插層聚合法。一般是將高聚物單體或插層劑和層狀元機物分別溶解到某一種溶劑中，充分分散溶解后再混合在一起，使單體進入無機物層間，然后在合適的條件下使高聚物單體進行聚合的方法。在此過程中，單體不斷插入聚合，使片層之間進一步擴大甚至解離，最終使層狀硅酸鹽填料在聚合物基體中達到納米尺寸的分散，從而獲得納米級復合材料。此方法的典型應用是聚酷亞膠PI/蒙脫土體系和尼龍PA/蒙脫土體系。應用此方法的PA/蒙脫土體系已經(jīng)工業(yè)化，用于生產(chǎn)汽車部件制品。(2)溶液插層法。即將聚合物大分子和層狀無機物一起加入某一溶液，攪拌使其分散在溶液中，并實現(xiàn)高聚物的層間插入。這一方法的最大好處是簡化了復合過程，制得的材料性能更加穩(wěn)定。此方法適用于聚氧乙烯PEO/蒙脫土體系。(3)熔體插層法。它是將層狀元機物與高聚物海合，再將混合物加熱到軟化點以上，實現(xiàn)高聚物插入層狀元機物的層間。該方法的優(yōu)點是不需要其它介質(zhì)，不污染環(huán)境，操作簡單，適用面廣?，F(xiàn)已實現(xiàn)的有PEO/蒙脫土，聚苯乙烯PS/蒙脫土納米材料。層間插入法主要適用于有機聚合物/元機物混雜物這一類?，F(xiàn)在已有很多的高分子聚合物應用這種方法而制得聚合物納米材料。1.2.4溶肢一凝肢法即使用燒氧金屬或金屬鹽等前驅(qū)物和有機聚合物的共溶劑在有聚合物存在時在共溶劑體系中使前驅(qū)物水解和縮合。該方法的優(yōu)點是反應條件溫和，分散均勻，甚至可以達到“分子復合”的水平；其缺點為前驅(qū)物大都是正硅酸燒基醋，價格昂貴而且有毒，干燥過程中由于溶劑、小分子的揮發(fā)、材料內(nèi)部產(chǎn)生收縮應力，導致材料脆裂。溶膠一凝膠法是一種古老的方法，主要用于有機納米復合物的制備。1.2.5母料法即用溶液共混法制得復合體，然后再將此復合體與基體混合，配成相應體積含量的復合材料。由于一般改進力學性能時，納米粒子的用量都很少，所以此法可以方便地進行配比，而且大大降低了成本和工藝上的難度。該法可用于聚合物／無機納米粒子復合體系的制備。2聚合物基納米復合材料PNC的優(yōu)異性能及應用2.1納米粒子的特性(1)表面與界面效應［印刷］。由于納米微粒尺寸小，表面能高，比表面積大，位于表面的原子占相當大的比例，這樣，粒子上的表面原子因缺少近鄰配位的原子以及高的表面能，使這些表面原子具有很強的活性，極不穩(wěn)定，容易與其他原子結(jié)合。并且表面原子的活性也會引起表面電子自然構(gòu)象和電子能譜的變卷硬度、耐磨性等。無機納米微粒與有機分子的雜化可制備非線性光學材料，從而提高材料的熱穩(wěn)定性及非線性光學性能。共1昆法是指制備出納米粒子，然后再通過各種方式與有機聚合物混合，其典型方法有3種：(1)溶液共混法。即在聚合物溶液中加入納米粒子，充分攪拌溶液，使之分散均勻，然后再除去溶劑。此法的難點是如何防止納米粒子的團聚問題。(2)乳液共混法。其方法與溶液共i昆法相似，主要是用于聚合物難于溶解的情況。(3)熔融共混法。先對納米粒子進行表面處理，防止其團聚，然后再加入到聚合物中去，在熔融狀態(tài)下進行共混。共混法的優(yōu)點在于納米粒子與材料的合成分步進行，可控制納米粒子的形態(tài)和尺寸，但是納米粒子容易團聚，均勻分散困難。共混法一般應用于聚合物／無機納米粒子復合體系，也可應用于聚合物分子復合材料。此方法應用原位填充，使納米粒子在單體中均勻分散，然后進行聚合反應，既實現(xiàn)了填充粒子的均勻分散，同時又保證了粒子的納米特性。在原位填充過程中，基體只經(jīng)過一次聚合成型，不需要加工，避免了由此產(chǎn)生的熱降解，從而可以保證基體各種性能的穩(wěn)定。層間插人法是有機納米復合物制備的重要方法。許多無機化合物都具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，可以嵌入有機物，通過合適的方法將聚合物插入其中，便可獲得有機納米復合物。根據(jù)插層形式的不同可分為三類：(1)插層聚合法。一般是將高聚物單體或插層劑和層狀元機物分別溶解到某一種溶劑中，充分分散溶解后再混合在一起，使單體進入無機物層間，然后在合適的條件下使高聚物單體進行聚合的方法。在此過程中，單體不斷插入聚合，使片層之間進一步擴大甚至解離，最終使層狀硅酸鹽填料在聚合物基體中達到納米尺寸的分散，從而獲得納米級復合材料。此方法的典型應用是聚酷亞膠PI/蒙脫土體系和尼龍PA/蒙脫土體系。應用此方法的PA/蒙脫土體系已經(jīng)工業(yè)化，用于生產(chǎn)汽車部件制品。物一起加入某一溶液，攪拌使其分散在溶液中，并實現(xiàn)高聚物的層間插入。這一方法的最大好處是簡化了復合過程，制得的材料性能更加穩(wěn)定。此方法適用于聚氧乙烯PEO/蒙脫土體系。(3)熔體插層法。它是將層狀元機物與高聚物海合，再將混合物加熱到軟化點以上，實現(xiàn)高聚物插入層狀元機物的層間。該方法的優(yōu)點是不需要其它介質(zhì)，不污染環(huán)境，操作簡單，適用面廣?，F(xiàn)已實現(xiàn)的有PEO/蒙脫土，聚苯乙烯PS/蒙脫土納米材料。層間插入法主要適用于有機聚合物/元機物混雜物這一類?，F(xiàn)在已有很多的高分子聚合物應用這種方法而制得聚合物納米材料。即使用燒氧金屬或金屬鹽等前驅(qū)物和有機聚合物的共溶劑在有聚合物存在時在共溶劑體系中使前驅(qū)物水解和縮合。該方法的優(yōu)點是反應條件溫和，分散均勻，甚至可以達到“分子復合”的水平；其缺點為前驅(qū)物大都是正硅酸燒基醋，價格昂貴而且有毒，干燥過程中由于溶劑、小分子的揮發(fā)、材料內(nèi)部產(chǎn)生收縮應力，導致材料脆裂。即用溶液共混法制得復合體，然后再將此復合體與基體混合，配成相應體積含量的復合材料。由于一般改進力學性能時，納米粒子的用量都很少，所以此法可以方便地進行配比，而且大大降低了成本和工藝上的難度。該法可用于聚合物／無機納米粒子復合體系的制備。(1)表面與界面效應［印刷］。由于納米微粒尺寸小，表面能高，比表面積大，位于表面的原子占相當大的比例，這樣，粒子上的表面原子因缺少近鄰配位的原子以及高的表面能，使這些表面原子具有很強的活性，極不穩(wěn)定，容易與其他原子結(jié)合。并且表面原子的活性也會引起表面電子自然構(gòu)象和電子能譜的變6期林永紅等：聚合物基納米復合材料的制備方法及其性能133化，從而給予納米粒子低密度、低流動速率、高吸氣性以及高混合等特性。(2)小尺寸效應。光吸收顯著增加；產(chǎn)生吸收峰的等離子共振頻移；磁有序態(tài)向磁無序態(tài)轉(zhuǎn)變；超導相向正常相轉(zhuǎn)變；聲子譜發(fā)生改變等等。這些小尺寸效應可應用于一些新興領(lǐng)域，如：納米尺寸的強磁性顆粒，當顆粒尺寸為單磁臨界尺寸時，具有很高的矯頑力，可制成磁性信用卡、磁性鑰匙、磁性車票等等；通過改變顆粒尺寸，控制吸收邊的位移，還可以制得具有一定頻寬的微波納米吸收材料，可用于電磁波屏蔽、隱形飛機等。(3)量子尺寸效應。當粒子尺寸下降到最低值時，納米能級附近的電子能級由準連續(xù)能級變?yōu)殡x散能級。當能級間距a大于熱能、磁能、靜磁能、光子能量或者聚集態(tài)能時，就會導致納米級顆粒的磁、光、聲、熱、電以及超導性與宏觀特性有顯著的不同。2.2熱性能聚酷亞膠是一類具有很好耐熱性質(zhì)的聚合物材料。由聚酌亞膠制得的氮化鋁ALN/PI納米級復合材料大大地提高了凹的熱性能，而且由于ALN的粒徑小CvIOnm)，使生成的ALN/PI復合材料性能更加穩(wěn)定和均一。一般的阻燃填料加人PA6后都會在增強阻燃能力的同時，使力學性能下降。但是，粘土含量為5%的粘土/PA6復合材料卻比純PA6的熱釋放速率HRR小很多，而且其co和煙塵的產(chǎn)生量也和純PA6相同。即在機械性能提高的情況下，阻燃性能也獲得了很大的提高。這是由于粘土/PA6是復合層狀結(jié)構(gòu)，粘土層起到了傳熱作用，而且阻止了PA6分解產(chǎn)物的放出，從而提高了PA6基體的阻燃性。2.3力學性能聚合物基納米復合材料普通具有高強度，高模量等力學性能。無機填料作為添加劑填充基體，可以降低制品成本，提高剛性，超導性和尺寸的穩(wěn)定性。但是，這些性能的提高往往使體系的沖擊強度，斷裂伸長率下降。而使用納米粒子填充，由于粒子的尺寸下降，粒子的表面積擴大，則填料與基體接觸面積增大，而且由于納米粒子表面活性中心多，可以和基體緊密結(jié)合，相容性也比較好。所以當受外力時，粒子不易與基體脫離，同時由于應力場的相互作用，在基體內(nèi)產(chǎn)生很多的微變形區(qū)，吸收了大量的能量。所以納米粒子既能較好地傳遞所承受的外應力，又能引發(fā)基體的屈服，消耗大量沖擊能，從而達到同時增韌和增強的效果。2.4耐磨性能由于納米粒子尺寸小，尺寸穩(wěn)定，在材料表面均勻分布，因而聚合物基納米復合材料的耐磨性能也得到了增強。利用液晶聚合物與聚四氟乙烯制成的“高耐磨聚囚氟乙烯合金”的耐磨性能比純聚四氟乙烯的耐磨性高多倍。這是由于液晶聚合物的液晶微區(qū)在受熱的情況下產(chǎn)生熱遷移，形成微纖結(jié)構(gòu)，冷卻固化時這種微纖結(jié)構(gòu)被原位固定下來，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將聚四氟乙烯基體包絡(luò)起來，極大地破壞和限制了聚四氟乙烯典型的“帶狀”磨損，因而極大地提高了耐磨性。2.5阻隔性能對于聚合物／層狀硅酸鹽PLS納米復合材料，其氣體阻隔性能比純聚合物得到了較大的加強。聚合物基體與蒙脫土片層的良好結(jié)合，并通過控制納米硅酸鹽片層的平面取向，聚合物／層狀硅酸鹽PLS納米復合材料有良好的尺寸穩(wěn)定性和很好的氣體（包括水蒸氣）阻隔性能，如尼龍6納米復合材料（含蒙脫土質(zhì)量分數(shù)為2%）的氧氣透過率與純的尼龍6相比降低了一半，水蒸氣的透過率降低了二分之一以上。正因為如此，具有優(yōu)異阻隔性能的聚合物／層狀硅酸鹽納米復合材料在食品，特別是啤酒罐裝、軟飲料類、肉類和奶酶制品的包裝材料市場上將有著非常巨大的潛力。2.6光電性能由于納米粒子具有許多光、電方面的奇異性能，因此可以用它來改進聚合物的光電性能。當納米級微粒摻和進母嗣才料并且達到納米級分散，則這種母體就是透明的，可以散射紫外光（波長340nm）而不反射可見光（波長340~760nm），并且其吸收帶偏移至這紫外區(qū)域（波長200nm左右)。因此，有納米級分散的納米粒子涂料可用作優(yōu)良的罩光漆。它是透明的并且可以屏蔽紫外光，這就可以大大增加其保光、保色及抗衰老性能。將Ti02添加在轎車用金屬閃光漆中，不但能使涂層產(chǎn)生良好的色彩效果，而且可明顯提高轎車漆的耐候性。在聚氯乙烯PVC中加人硅氧基納米微粉，由于納米粒子的小尺寸效應，使納米粒子的微孔可以吸收紫外光，同時由于硅氧基化合物的特性，對紫外光可以全反射，因此避免了PVC吸收紫外光而產(chǎn)生降解，從而提高了它的耐老化性能。2.7加工性能由于有了納米微粒的加人，聚合物基納米復合材料結(jié)晶速度明顯加快，熔體的強度增大而粘度降低，6期林永紅等：聚合物基納米復合材料的制備方法及其性能(2)小尺寸效應。光吸收顯著增加；產(chǎn)生吸收峰的等離子共振頻移；磁有序態(tài)向磁無序態(tài)轉(zhuǎn)變；超導相向正常相轉(zhuǎn)變；聲子譜發(fā)生改變等等。這些小尺寸效應可應用于一些新興領(lǐng)域，如：納米尺寸的強磁性顆粒，當顆粒尺寸為單磁臨界尺寸時，具有很高的矯頑力，可制成磁性信用卡、磁性鑰匙、磁性車票等等；通過改變顆粒尺寸，控制吸收邊的位移，還可以制得具有一定頻寬的微波納米吸收材料，可用于電磁波屏蔽、隱形飛機等。(3)量子尺寸效應。當粒子尺寸下降到最低值時，納米能級附近的電子能級由準連續(xù)能級變?yōu)殡x散能級。當能級間距O大于熱能、磁能、靜磁能、光子能量或者聚集態(tài)能時，就會導致納米級顆粒的磁、光、聲、熱、電以及超導性與宏觀特性有顯著的不同。2.2聚酷亞膠是一類具有很好耐熱性質(zhì)的聚合物材料。由聚酌亞膠制得的氮化鋁ALN/PI納米級復合材料大大地提高了凹的熱性能，而且由于ALN的粒徑小CvIOnm)，使生成的ALN/PI復合材料性能更加穩(wěn)定和均一。一般的阻燃填料加人PA6后都會在增強阻燃能力的同時，使力學性能下降。但是，粘土含量為5%的粘土/PA6復合材料卻比純PA6的熱釋放速率HRR小很多，而且其co和煙塵的產(chǎn)生量也和純PA6相同。即在機械性能提高的情況下，阻燃性能也獲得了很大的提高。這是由于粘土/PA6是復合層狀結(jié)構(gòu)，粘土層起到了傳熱作用，而且阻止了PA6分解產(chǎn)物的放出，從而提高了PA6基體的阻燃性。2.3力學性能聚合物基納米復合材料普通具有高強度，高模量等力學性能。無機填料作為添加劑填充基體，可以降低制品成本，提高剛性，超導性和尺寸的穩(wěn)定性。但是，這些性能的提高往往使體系的沖擊強度，斷裂伸長率下降。而使用納米粒子填充，由于粒子的尺寸下降，粒子的表面積擴大，則填料與基體接觸面積增大，而且由于納米粒子表面活性中心多，可以和基體緊密結(jié)合，相容性也比較好。所以當受外力時，粒子不易與基體脫離，同時由于應力場的相互作用，在基體內(nèi)產(chǎn)生很多的微變形區(qū)，吸收了大量的能量。所以納米粒子既能較好地傳遞所承受的外應力，又能引發(fā)基體的屈服，消耗大量沖擊能，從而達到同時增韌和增強的效果。2.4耐磨性能由于納米粒子尺寸小，尺寸穩(wěn)定，在材料表面均利用液晶聚合物與聚四氟乙烯制成的“高耐磨聚囚氟乙烯合金”的耐磨性能比純聚四氟乙烯的耐磨性高多倍。這是由于液晶聚合物的液晶微區(qū)在受熱的情況下產(chǎn)生熱遷移，形成微纖結(jié)構(gòu)，冷卻固化時這種微纖結(jié)構(gòu)被原位固定下來，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將聚四氟乙烯基體包絡(luò)起來，極大地破壞和限制了聚四氟乙烯典型的“帶狀”磨損，因而極大地提高了耐磨性。2.5對于聚合物／層狀硅酸鹽PLS納米復合材料，其氣體阻隔性能比純聚合物得到了較大的加強。聚合物基體與蒙脫土片層的良好結(jié)合，并通過控制納米硅酸鹽片層的平面取向，聚合物／層狀硅酸鹽PLS納米復合材料有良好的尺寸穩(wěn)定性和很好的氣體（包括水蒸氣）阻隔性能，如尼龍6納米復合材料（含蒙脫土質(zhì)量分數(shù)為2%）的氧氣透過率與純的尼龍6相比降低了一半，水蒸氣的透過率降低了二分之一以上。正因為如此，具有優(yōu)異阻隔性能的聚合物／層狀硅酸鹽納米復合材料在食品，特別是啤酒罐裝、軟飲料類、肉類和奶酶制品的包裝材料市場上將有著非常巨大的潛力。2.6光電性能由于納米粒子具有許多光、電方面的奇異性能，因此可以用它來改進聚合物的光電性能。當納米級微粒摻和進母嗣才料并且達到納米級分散，則這種母體就是透明的，可以散射紫外光（波長340nm）而不反射可見光（波長340~760nm），并且其吸收帶偏移至這紫外區(qū)域(波長200nm左右)。因此，有納米級分散的納米粒子涂料可用作優(yōu)良的罩光漆。它是透明的并且可以屏蔽紫外光，這就可以大大增加其保光、保色及抗衰老性能。將Ti02添加在轎車用金屬閃光漆中，不但能使在聚氯乙烯PVC中加人硅氧基納米微粉，由于納米粒子的小尺寸效應，使納米粒子的微孔可以吸收紫外光，同時由于硅氧基化合物的特性，對紫外光可以全反射，因此避免了PVC吸收紫外光而產(chǎn)生降解，從而提高了它的耐老化性能。2.7加工性能由于有了納米微粒的加人，聚合物基納米復合材134有的甚至還會出現(xiàn)液晶，因而其注塑擠出和吹塑的加工性能更加優(yōu)良。尤其是對擠出級、注塑級納米超高相對分子質(zhì)量聚乙烯，解決了超高相對分子質(zhì)量聚乙烯加工方面的難題。2.8其他性能不僅如此，聚合物基納米復合材料還有其他優(yōu)異的性能，對于加工和工業(yè)應用同樣有著很大意義。如它的膨脹系數(shù)比較低，密度一般為復合材料的65%~75%，具有較好的耐熱性，可以廣泛應用于航空、汽車、家電、電子等行業(yè)作為新型高性能的工程塑料。3結(jié)束語優(yōu)越的性能使聚合物基納米復合材料的應用前景誘人?，F(xiàn)在已有不少的PNC出現(xiàn)在人們的生活當中?？梢灶A見，隨著納米材料應用研究的深入開展，會有更多的聚合物基納米復合材料應用于食品包裝、燃料罐、電子元器件、汽車和航空等領(lǐng)域，為人類的生活提供更多、性能更加優(yōu)異的功能化材料，使人類的生活質(zhì)量進一步得到提高。參考文獻[1]唐建國，胡克鱉，劉海燕，等．聚合物基金屬復合材料研究進展．離分子通報，1999,4(12):40-45[2〕嚴海標，陳名華，鄙華興，等．聚合物／無機納米復合材料的制備及應用．工程塑料應用，1999,27(8):38,39[3]李強，趙竹第，歐玉春，等．尼龍6／蒙脫土納米復合材料的結(jié)晶行為．高分子學報，1997,5(2):188-193[4]AlexanderBMJefffeyWG,CatherynLl.Characteri肖。onofthedispersionofclayinapolyetherimidenanocom陽site.Macromolecur白，2001,34:2735[5]OkamotoM,MoridaS,KotakaT.Dispersedstructureandionicconductivityofsmecticclay/polymernanocomposites.Polymer,2001,42:2685[6]OkamotoM,MoridaS,而mYH,etal.Dispersedstruchurechangeofsmecticclay/poly(methylmethacrylate)nanocomposit四byc薩陽lymerisationwith陽larcon舊nom優(yōu)s.Polymer,2001,42,1201[7]HuG,CartierH.Reactiveextrusiontowardnanoblends.Macromolecules,1999,32:4713[8]ZhangB,Zl四哥Z乙HuC,etal.Controlledlivi鳴radicalpol歸田ization。fst歸田ninwaterdispersionsyst皿Chin四JofPolymer旬，2002[9]舒文藝?分子復合材料的研究開發(fā)現(xiàn)狀?塑料，1995,4(2):25口。JIlukiJ,CharoeusirisombconP,Ougiza?相T,etal.R田.ctiveblendi鳴ofpolyswtonewithpolyamide:apotentialfor田,Jv,田，t-freeP叫:iarationofblockcopol歸ner.Pol嚴n缸，1999,40:647口1]CharoensirisomboonP,InoueT,WeberMInterfacialbehaviorofblockcopolymersinsitu-formedinreactiveblendingofdissimilar歸lymers.Polymer,2001,41,4483口2]Ch缸oensirisomboonP,InoueT,W陽T.Pull唱昌utofcopolymerinsitu-formedduringreactiveblending:effectofthecopolymerarchitecture.Polymer,2001,41:6907口3]PanL,ChibaT,InoueT.Reactiveblendingofpolymeramidewithpolyethylene:pull口自utofinsitu-fo口nedgraftcopol嚴ner.Polymer,2001,42:8825[14]PanL,InoueT,HayamiH,etal.Reactiveblendingofpol嚴nermidewith|陽lyethylene:pull-outofinsitu-formedgraftcopolymerandu'sapplicationforhigh-temperaturematerials.Polymer,2002,43:337[15]OhnoY,KasaharaK,Kuriy町咀T,etal.Anewto鳴heningmechanisminrubbe「modifiedpol貿(mào)nidiPolymPreprt,jpn,.SPSJ.JII11.2001口6]lnouT.Engineeringplasticsvianano-structurecontrolintwinscrewextruder.Nano-techSym|陽sium,Shanghai,2002口刀甘景鋪?天然高分子化學?北京二高等教育出版社，1993,348[18]LiX,YuanQ,WangD.ASD/Sio?rTic地hibridmaterialfororg四-ic-inorganicsecond-°rdernonlinearopticas.ChinaSyntheticRubberIndustry,2001,24(4):232口9]CavicchiRE,SilsbeeRH.CoulombSuppressionofTunnelingRatefromSmallMetaParticles.PhysRewLe口，1984,52:1453[20]BallP,GarwinL.ScienceattheAtomicSeal巳Nature,1992,355:761PreparationsandPropertiesofthePolymericNanocompositeLINYong-hong,PANLi-hua(CollegeofMaterialScience&Enginee血鳴，Do鳴h皿University,Shanghai,200051)AbstractOwingtotheadvantagesovertheconventionalcomposites,polymericnanocomposites(PNC)haveattractedmuchmoreattention.Thecomponentsintegratedatthenanolevelwillgeneratehighperformanceand/orfunctionalizationoffinalproducts.Inthispaper,preparationmethodsandpropertiesofvariouspolymericnanocompositearereviewedanddiscussedindetail.Keywords:nanocomposite,nanodispersedphase,nano-effect有的甚至還會出現(xiàn)液晶，因而其注塑、擠出和吹塑的加工性能更加優(yōu)良。尤其是對擠出級、注塑級納米超高相對分子質(zhì)量聚乙烯，解決了超高相對分子質(zhì)量聚乙烯加工方面的難題。2.8其他性能不僅如此，聚合物基納米復合材料還有其他優(yōu)異的性能，對于加工和工業(yè)應用同樣有著很大意義。如它的膨脹系數(shù)比較低，密度一般為復合材料的65%~75%，具有較好的耐熱性，可以廣泛應用于航空、汽車、家電、電子等行業(yè)作為新型高性能的工程塑料。3結(jié)束語優(yōu)越的性能使聚合物基納米復合材料的應用前景誘人。現(xiàn)在已有不少的PNC出現(xiàn)在人們的生活當中。可以預見，隨著納米材料應用研究的深入開展，會有更多的聚合物基納米復合材料應用于食品包裝、燃料罐、電子元器件、汽車和航空等領(lǐng)域，為人類的生活提供更多、性能更加優(yōu)異的功能化材料，使人類的生活質(zhì)量進一步得到提高。AlexanderBMJefffeyWG,CatherynLl.Characteri削onofthedispersionofclayinapolyetherimidenanocom陽site.Macromolecur白，2001,34:2735OkamotoM,MoridaS,KotakaT.Dispersedstructureandionicconductivityofsmecticclay/polymernanocomposites.Polymer,2001,42:2685[6]OkamotoM,MoridaS，而mYH,etal.Dispersedstruchurechangeofsmecticclay/poly(methylmethacrylate)nanocomposit四byc薩陽lymerisationwith陽larcon舊nom優(yōu)s.Polymer,2001,42,1201[7]HuG,CartierH.Reactiveextrusiontowardnanoblends.Macromolecules,1999,32:4713IlukiJ,CharoeusirisombconP,Ougiza相T,etal.REB.ctiveblendi鳴ofpolyswtonewithpolyamide:apotentialfor田,Jv,田，t-freeP叫:iarationofblockcopol歸ner.Pol嚴n缸，1999,40:647CharoensirisomboonP,InoueT,WeberMInterfacialbehaviorofblockcopolymersinsitu-formedinreactiveblendingofdissimilar歸lymers.Polymer,2001,41,4483Ch缸oensirisomboonP,InoueT,W陽T.Pull唱昌utofcopolymerinsitu-formedduringreactiveblending:effectofthecopolymerarchitecture.Polymer,2001,41:6907PanL,ChibaT,InoueT.Reactiveblendingofpolymeramidewithpolyethylene:pull咱utofinsitu-fo口nedgraftcopol嚴ner.Polymer,2001,42:8825PanL,InoueT,HayamiH,e