尼龍納米復合材料的研究進展

尼龍納米復合材料的研究進展摘要本文綜述了近年來尼龍納米復合材料的的制備方法、結構和性能等研究方面所取得的進展情況。重點說明了尼龍/無機物、尼龍/碳納米管等尼龍納米復合材料的結構和性能；最后指出了今后尼龍納米復合材料的應用前景和方向。關鍵詞尼龍，納米復合材料，制備，性能尼龍即聚酰胺纖維，簡稱PA，韌性角狀的乳白色或半透明結晶性樹脂，是一種綜合性能優(yōu)良的工程塑料，產(chǎn)量在世界五大工程塑料中居首位。PA種類很多，主要有PA6、PA66、PA11、PA12和PA1010，另外還有新品種PA6I、PA9T和特殊PAMXD6等[1]。PA具有良好的機械物理性能及優(yōu)越的性價比，如自潤滑性能好、強度高、耐磨、耐溶劑等，廣泛應用于紡織、造船、汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械和精密儀器儀表等領域[2]。但PA也存在不足處，其酰胺極性基團導致吸水率大，耐低溫和干態(tài)沖擊強度低，不耐強酸強堿，抗蠕變性能差、尺寸穩(wěn)定性差和易燃燒等缺陷，對其應用起到了很大限制作用[3]。為了不斷提高性能，擴大PA應用領域，需要對其進行改性處理。近年來PA的改性領域研究主要是向高沖擊、高剛性、高耐磨性、低吸水性、和優(yōu)化加工性能等高性能、高品質方向發(fā)展。其中利用納米技術進行改性研究又是最主要的發(fā)展方向之一。1尼龍納米復合技術1.1尼龍納米復合技術概述尼龍納米復合材料是第一類工業(yè)化的聚合物納米復合材料，被美國材料學會譽為“21世紀最有發(fā)展前途的新興材料”，具有高強度、耐熱性、高阻隔性和加工性能好等優(yōu)點，廣泛受到科學界和工業(yè)界的高度關注，成為化學、材料學、物理學和現(xiàn)代儀器學等多學科領域研究的熱點[4]。納米復合材料是指分散相尺度在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1～100nm量級)的一類復合材料，具有優(yōu)良的特殊效應，其比表面積大，與聚合物間的作用點多，并具有宏觀量子隧道效應，改性效果好[5-6]。但納米顆粒的高比表面積產(chǎn)生的強界面作用易使其凝聚而難以在聚合物中保存和穩(wěn)定分散，因此需采用分散劑使其優(yōu)異性能在聚合物中發(fā)揮出來，才能獲得性能良好的復合材料[7]。1.2尼龍納米復合材料的制備方法通常，通過納米填充物生產(chǎn)納米復合材料的方式主要包括直接共混法、溶膠-凝膠法、插層復合法和原位聚合法等[8]。共混法是將不種形態(tài)的納米粒子通過各種有效方式與聚合物基體混合制備成納米復合材料，又可分為溶液(或乳液)共混、熔融共混和機械共混等方法。共混法較為簡單，缺點是很難實現(xiàn)納米粒子以原生態(tài)形式均勻分散在聚合物基體中。溶膠-凝膠法是將化合物經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)熱處理成為氧化物或其它固體化合物的方法。但因溶劑易揮發(fā)，會使材料收縮而脆裂，且諸如甲苯、氯仿、乙腈等溶劑對環(huán)境有用，形成基于共價鍵和氫鍵連接的一種界面層結構，可有力提高復合材料的拉伸強度，但對缺口沖擊強度的影響不明顯。并且隨著納米SiO2含量的增加，復合材料的拉伸強度和彈性模量逐漸提高。3PA/碳納米管復合材料碳納米管（CNTs）是一種結構材料和功能材料，具有高輕度、高彈性模量及納米尺寸，其碳原子之間存在三種原子力：δ鍵、C-C鍵之間的π鍵及多壁碳納米管層與層之間的相互作用力[21]。CNTs的膨脹系數(shù)比高于蒙脫土填充物材料，PA/CNTs復合材料具備良好的導電性、熱傳導性和超強力學性能，可望用于汽車、飛行器、電子機械制造等領域。邱麗等[22]用熔融共混法制成CNTs/PA66復合材料，分析結果表明，CNTs均勻分布在PA66基體中，且界面結合力強，復合材料的熔融峰溫度略為降低，結晶峰溫度增加，硬度和彈性模量增加。張玲等[23]利用靜電相互作用在玻璃纖維(GF)表面分別復合納米SiO2和多壁碳納米管(MWNTs)，成功制備了PA6/GF-SiO2和PA6/GF-MWNTs復合材料。結果顯示，納米SiO2和MWNTs復合增強體能加快PA6的結晶速度，并明顯提高玻璃化溫度、動態(tài)模量拉伸強度和結晶溫度等，其中GF-MWNTs對復合材料性能的提高作用最明顯。李宏偉等[24]用原位聚合法制備PA6/MWNTs復合材料，動力學分析顯示MWNTs有承和作用，可提高PA6的結晶溫度。王國建等[25]用原位聚合法制備了CNTs/PA66復合材料，證明復合材料的結晶速率、結晶溫度和結晶完整性得到提高。4其他納米填充物另外還有一些納米填充物正在調研中，例如片狀石墨、碳納米纖維、合成黏土、天然纖維（大麻、亞麻）和納米復合光電薄膜（POSS）等。它們或多或少可以與上述幾種填充物互補，像纖維增強材料可大幅度地提高基體的剛性和強度等。瞿超等[26]用聚四氟乙烯（PTFE）和二硫化鉬（MoS2）填充PA1010，結果表明，隨著PTFE含量越低、MoS2含量越高，復合材料的摩擦磨損性能更好。為了獲得更優(yōu)良的尼龍復合材料，可通過幾種不同類型的填充物混雜增強。6結語隨著我國科學技術的進步和塑料工業(yè)的發(fā)展，人們對PA結構和功能的要求必將越來越高。采用各種改性方法制備高性能PA納米復合材料的理論研究和應用前景十分廣闊。今后。應進一步探索和大力開發(fā)更多更優(yōu)良的制備PA納米復合材料的新方法和新工藝，使PA納米復合材料向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。參考文獻[1]王會陽，李承宇.微納米顆粒填充尼龍復合材料的摩擦學性能研究進展[J].塑料科技，2011，39（3）：84-88[2]尼龍66/無機物納米復合材料的研究進展[J].陳興華，李躍文.化工與材料，2007，6(6)，23-24[3]李興田.聚酰胺6納米復合材料的新進展[J].化學工業(yè)與工程技術，2001，22（2）：29-30.[4]盧會敏，李小紅，徐翔民，等.尼龍納米復合材料研究進展[J].2006，11：63-68[5]葛世榮，王慶良，李凌，等.納米TiO2和SiO2填充尼龍的摩擦磨損行為[J].摩擦學學報，2004,24(2):152-155.[6]黃麗丹，林志勇，錢浩.尼龍6納米復合材料研究進展[J].2005，33（2）：64-66[7]吳敏,程秀萍,葛明橋.納米SiO2的分散研究[J].紡織學報,2006,27(4):80-82.[8]王世敏，許祖勛，傅晶，等．納米材料制備技術[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2002：220-232[9]楊小燕.尼龍6/納米復合材料研究進展及應用[J].化學工業(yè)與工程技術，2005，26（6）：17-21[10]GallegoR,GarciaLopezD,LopezQuintanaS,etal.TougheningofPA6/mEPDMblendsbytwomethodsofcompounding,extuderandinternalmixer:Rheological,morphologicalandmechanicalcharacterization[J].PolymerBulletin,2008,60(5):665-675[11]劉生鵬，金晶，危淼，等.原位聚合制備尼龍6/氫氧化鎂納米復合材料[J].化學與生物工程.2011,28(2)：20-23[12]趙才賢，張平，陸紹榮，等.原位聚合法制備PA6/SiO2納米復合材料[J].高分子材料科學與工程，2007，23(1)：218-221[13]PengHong-dan,ShenLu,etal.PreparationandmechanicalpropertiesofexfoliatedCoAllayereddoublehydroxide(LDH)/polyamide6nanocompositesbyinsitupolymerization[J].CompositesScienceandTechnology,2009,69(78):991-996[14]張躍,陳英斌,劉建武，等.聚丙烯腈基碳纖維的研究進展[J].纖維復合材料,2009,(1):7-10.[15]楊鳳，趙海超，張學全，等.原位聚合制備聚乙烯／蒙脫-E(MMT)納米復合材料的研究[J]．高等學?；瘜W學報，2003，24(4)：77[16]馬寧，劉凱，劉芬，等.尼龍66/蒙脫土納米復合材料的制備及其電性能[J].武漢科技學院學報，2009,22（5）：16-18[17]吳劉鎖，何素芹，劉文濤，等.原位聚合法制備尼龍66/蒙脫土納米復合材料及其性能[J].化工新型材料，2010，38（1）：86-89[18]蔣元博，歐雪梅，耿德英，等.偶聯(lián)劑處理納米SiO2對尼龍1010力學與摩擦學性能的影響[J].現(xiàn)代塑料加工應用，2011，23（4），53-57[19]徐翔民，張予東，李賓杰，等.納米SiO2/尼龍66復合材料的力學性能和熱性能[J].復合材料學報，2008，25（4）：56-61[20]徐翔民，張予東，李賓杰，等.尼龍66/SiO2納米復合材料的界面結構及其對材料力學性能的影響[J].高分子材料科學與工程，2009，25（2）：41-44[21]馮歷萍，程曉敏.尼龍/碳納米管復合材料的制備和性能[J].安徽化工，2011，37(1)：14-16.[22]邱麗，楊永珍，徐麗華等.碳納米管/尼龍66復合物的納米壓痕和結晶性能研究[J].功能材料，2011，4（42）：639-642.[23]張玲，楊建民，馮超偉，等.表面復合納米SiO2和碳納米管玻璃纖維增強尼龍6的結構與性能[J].高分子學報，2010，11:1333-1339[24]李