聚合物无机纳米复合材料热点述评二

聚合物/无机纳米复合材料热点述评(二)

2.1.1 n－MMT可以改变纳米复合材料的物理机械性能

(1)尼龙(PA6/n)－蒙脱土(MMT)性能

中科院化学所漆宗能教授领导的研究小组采用原位插层聚合方法制备的PA6/n－MMT混杂材料－NCH(Nylin－6/Clay Hybrid)性能最具代表性，其性能如表1所示。

从表2可以看出，熔体插层与聚合插层具有相似的效果，只是在理化性能的增幅上差异。

n－MMT含量与PA6/n－MMT复合物性能的相关性(熔体插层)

随着n－MMT含量的增加，复合材料强度，弯曲模量和热变形温度增幅随之增大。但断裂伸长率和冲击(缺口)强度却随之下降了，了解n－MMT含量与制备的纳米尼龙复合物性能的相关性，对于确定纳米粘土的含量十分重要。

日本エニチカ公司的PA6/－MMT复合物已形成M1030D、M1050B(拉伸型)和M1030DT20(增强型)系列商品化产品。他们报导这种PA6/n－MMT产品有如下特点： ①结晶速度比普通PA6快，能够得到非常细小的晶体；②抗蠕变性能好。例如：在80℃80MPa作用力下，经150小时，纯PA6蠕变量为100，填加35份滑石粉的PA6蠕变量为30，而PA6/n－MMT的蠕变量仅为18；③具有非常好的阻隔性能；④可以回收再利用，经过10次回收再利用而性能没有变化；⑤密度低、强度高、刚性好、耐热性好；⑥高温状态下(易吸温)不改变物性；⑦优异的成型加工性能，成型制品不产生塌坑、溢边等缺陷。

(2)PET/n－MMT性能

n－MMT以纳米尺寸均匀分散在PET中制得的PET/n－MMT复合材料在弯曲模量和耐热性二个指标上提升非常明显：结果如表4所示。

值得一提的是n－MMT在PET中起到了结晶成核剂的作用，这有利于PET成型并降低了加工成本。用PET/n－MMT为原材料开发的增强阻燃型PET复合材料已达到国外同类产品水平。 结果见表5。

(3) PP/n－MMT性能

Montell北美汽车事业部推出了第一种TPO基纳米复合材料，应用于汽车的内、外装饰件。5％n－MMT增强PTO的刚度相当于25－35％滑石粉填充PP的效果。因而这种新型n－MMT复合材料呈现出质轻、尺寸稳定性好和着色力强等诸多优点。预计在汽车行业上将获得广泛的应用。

1991年日本丰田汽车公司与三菱化学公司共同开发成功的PP/EPR/滑石粉纳米复合材料，其性能如表6所示。这种纳米改性PP材料具有高流动性、高刚度、高耐热性，可用于制造汽车的前、后保险杠，并已于1991年实现了商品化生产。丰田公司还计划将目前汽车上用的7种外装饰树脂材料，13种内装饰树脂材料研究开发成纳米复合材料。日本Cunman大学(1997年)报导了n－MMT/PP复合材料研究结果。电子透射显微镜图片显示层状结构呈平行分离，相互间距大约在3.0－3.5nm。其物中国塑料挤出机行业经过久长的发展理机械性能好于PP，热变形温度也比纯PP高10％左右。安徽合肥工业大学与中国科学技术大学合作研究的n－MMT/PP复合材料的实验结果也表明有机化纳米粘土熔融复合PP后也导致MMT层间距由0.9nm扩展到3.88nm，说明PP分子链已经插层进入到有机MMT的片层间。报导了随n－MMT含量的增加，复合材料拉伸强度下降，冲击(缺口)强度在n－MMT含量为3％时达到最大值，提高程度达15％。证实了n－MMT在PP中的异相成核作用，但没有n－MMT添加量与复合材料弯曲模量和热变形温度相关数据的直到碳纤维预成型件需要注入树脂时报导。

不同种类的纳米材料，由于结构、组份、粒径尺寸不同、表面原子数不同等导致它们与聚合物基体的作用程度不同，因而在复合材料宏观力学性能上的表现有所在航空航天等领域具有“杀手锏级”的利用差异。如前所述，n－MMT对PA、PET在力学性能和耐热性能方面的增幅显著；相对而言n－MMT对PP的作用就差一些，戈明亮用n－MMT熔融共混PVC的结果表明对材料的拉伸屈服强度、冲击强度有提高，但复合材料的耐热性反而降低。

罗忠富利用n－CaCO 3填充改性HDPE、发现用2－3％钛酸酯偶联剂处理CaCO 3时，复合材料冲击强度提高了一倍，此时屈服应力也出现极值，但偶联剂的含量对复合材料的位伸强度较小。黄锐教授采用纳米Sic/Si 3N 4改性LDPE，发现经钛酸酯处理的Si 3N 4在体系中的质量分数为5％时，复合材料的冲击强度、拉伸强度均出现最大值，分别提高了203％和212，且断裂伸长率达625％，为纯LDPE的500％，充分显示了纳米增强、增韧PE的作用。

何翼云利用n－SiO 2含量在0.05％至0.5％范围内，复合材料的冲击韧和断裂伸长率分别提高了2.13倍和4.23倍，但拉伸强度变化不大，而当n－SiO 2含量达到5％时，从冲击韧性和断裂伸长率看，复合材料性能又再现了常规复合材料的规律，但n－SiO 2对复合材料的增强作用又无法给出合理的解释。