纳米复合材料的应用课件

1、第六章 纳米复合材料的应用1第六章 纳米复合材料的应用11 概述以研究分子机械而著称的美国风险企业宰贝克斯公司的一项预测认为，纳米技术的发展可能会经历以下五个阶段1发展重点是要准确地控制原子数量在100个以下的纳米结构物质。这需要使用计算机设计制造技术和现有工厂的设备和超精密电子装置。这个阶段的市场规模约为5亿美元。21 概述以研究分子机械而著称的美国风险企业宰贝克斯公司的一在这个阶段，纳米结构物质和纳米复合材料的制造将达到实用化水平。其中包括从有机碳酸钙中制取的有机纳米材料，其强度将达到无机单晶材料的3000倍。该阶段的市场规模在50亿至200亿美元之间。2生产纳米结构物质3在这个阶段，纳米

2、结构物质和纳米复合材料的制造将达到实用化水平3大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能这要求有高级的计算机设计制造系统、目标设计技术、计算机模拟技术和组装技术等。该阶段的市场规模可达100亿至1000亿美元。43大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能这要求有高级的计算机设4纳米计算机将在第四个阶段中得以实现。这个阶段的市场规模将达到2000亿至1万亿美元。5科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化的元件和装置市场规模将高达6万亿美元54纳米计算机将在第四个阶段中得以实现。这个阶段的市场规模将达 宰贝克斯公司认为，虽然纳米技术每个阶段到来的时间有很大的不确定性，难以准确预测，但在2010年之前，纳米

3、技术有可能发展到第三个阶段，超越“量子效应障碍”的技术将达到实用化水平。6 宰贝克斯公司认为，虽然纳米技术每个阶段到来的时间有很大2 纳米复合材料的性质纳米复合材料具有无机材料的性质、纳米粒子的性质和聚合物材料的性质，因而具有其他材料所不具备的特别性质。纳米复合材料的性质催化性能高强度、高韧性电磁性光学特性智敏性72 纳米复合材料的性质纳米复合材料具有无机材料的性质、纳米 纳米复合材料催化剂是以聚合物为载体，以纳米粒子为催化活性中心的高效催化复合体系，既能发挥纳米粒子催化的高效性和高选择性，又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。 常用的纳米粒子主要有金属粒子（Pt、Rh、Ag、Pd、Ni

4、、Fe、Co）以及一些金属氧化物。 纳米TiO2是典型的具有光催化性能的纳米粒子。纳米复合材料的催化性能8 纳米复合材料催化剂是以聚合物为载体，以纳米粒子为催化活 纳米微粒在提高复合材料强度下，对增韧机理的解释： 由于无机刚性粒子不会产生大的伸长变形，在大的拉应力作用下，基体和填料会在纳米微粒的界面首先产生界面脱粘，形成空穴，聚合物分子链纤维化，其局部区域可产生屈服提前现象。应力集中产生屈服和界面脱粘都需要消耗更多的能量，这就是无机刚性粒子的增韧作用。纳米复合材料的高强度、高韧性9 纳米微粒在提高复合材料强度下，对增韧机理的解释：纳米 众多的研究表明，只有超细的无机填料才能对塑料基体有效增韧，

5、因为小粒子的无机粒子表面缺陷多，非配对原子多，比表面积大，与聚合物发生物理化学结合的作用能强，粒子与基体间的界面粘结可承受更大的载荷，从而达到既增强又增韧的目的。10 众多的研究表明，只有超细的无机填料才能对塑料基体有效 利用纳米粒子的电学性质，使纳米复合材料具有导电性，而在纳米材料良好的分散状态下，少量的纳米材料就能发挥巨大的性能。 例：抗静电材料 纳米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半导体特性的氧化物粒子制成具有良好静电屏蔽的涂料； 化纤制品中加入金属纳米粒子可以解决其静电问题，提高安全性。纳米复合材料的电磁性11 利用纳米粒子的电学性质，使纳米复合材料具有导电性，而在(

6、1)优异的光吸收材料 纳米粒子的量子尺寸效应等使它对某种波长的光吸收带有蓝移现象和宽化现象。 将纳米粒子分散到树脂中制成膜状，膜对紫外线的吸收就取决于纳米粒子的尺寸和数量。 3040nm的TiO2树脂膜对400nm的紫外光有吸收 3040nm的Fe2O3树脂膜对600nm的紫外光有吸收 最近发现，纳米Al2O3对250nm的紫外光有吸收纳米复合材料的光学性质12(1)优异的光吸收材料纳米复合材料的光学性质12 人体释放的红外线大约在46微米的中红外频段，如果不对这个频道的红外线进行屏蔽，就很容易被中红外探测器所发现。 将能够吸收红外线的纳米材料填充到纤维中做成屏蔽服，降低被探测性。 这类纳米粒

7、子是纳米Al2O3、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米Fe2O3的复合粉。13 人体释放的红外线大约在46微米的中红外频段，如果不对这对人体中红外线的吸收作用，也可以用来做保暖内衣14对人体中红外线的吸收作用，也可以用来做保暖内衣14(2)军事隐身材料 军事上的探测器主要有雷达和红外探测器等。 以纳米金属碳化物TiC等为填充物合成纳米复合材料，用于制造隐身材料在隐身技术上占有重要地位。 在飞机外表涂上上述纳米材料，则可实现隐身效果。15(2)军事隐身材料15隐身原因：纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强的多，这就大大减少波的反射率，使得探测器收到的反

8、射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用。纳米材料的比表面积比常规粗粉大34个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大的多，这就使得探测器收到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，从而达到隐身的作用。16隐身原因：16(3)其它的光学性质 TiO2、WO3、CdS纳米粒子/聚苯胺构成光致变色体系，用于光记录。 TiO2纳米粒子/聚对苯乙炔制备固体高聚物激光二极管等。17(3)其它的光学性质17 纳米复合材料的纳米粒子对环境具有很强的敏感性，可以用在敏感材料。 环境温度、气氛、光、湿度等的变化不仅引起粒子电学、光学等行为的变化，而且纳米粒子的聚集态结构也会发生变化，引起粒子协同效能的

9、变化，因此可以利用纳米粒子制成敏感度高的各种类型的传感器。 纳米复合材料智敏性18 纳米复合材料的纳米粒子对环境具有很强的敏感性，可以用在3 应用聚合物基纳米复合材料应用纳米复合塑料纳米复合阻燃材料纳米复合催化剂纳米复合橡胶纳米复合涂料纳米复合纤维纳米复合生物材料193 应用聚合物基纳米复合材料应用纳米复合塑料纳米复合阻燃4 纳米复合塑料 是指无机填充物以纳米尺寸分散在塑料基体中形成的纳米复合材料。 纳米复合塑料具有一般工程塑料所不具备的优异性能，因此是一种全新的高技术新材料，具有广阔的商业开发和应用前景204 纳米复合塑料 是指无机填充物以纳米尺寸分散在塑料基体纳米材料对塑料的复合效果对塑料

10、的增韧增强作用改善塑料的抗老化性赋予塑料的功能性21纳米材料对塑料的复合效果对塑料的增韧增强作用改善塑料的抗老化纳米复合塑料分类热塑性热固性功能性22纳米复合塑料分类热塑性热固性功能性22 热塑性纳米复合塑料的成型工艺是纳米填充物与热塑性树脂混合、挤出、成型，由于纳米材料的团聚特性，纳米相材料的彼此结合力大，普通的塑料挤出机，即使是双螺杆挤出机也很难使整体的复合材料达到无机相纳米级的分散程度。 因此，纳米复合材料的发展，不仅要发展材料的品种，更要发展纳米复合材料的加工工艺。 热塑性纳米复合塑料23 热塑性纳米复合塑料的成型工艺是纳米填充物与热塑性树脂混合聚丙烯 聚丙烯是应用范围很广的聚烯烃材料

11、之一，通过在聚丙烯中引入无机纳米相微粒，以达到在力学性质上改性聚丙烯的目的。 无机纳米微粒主要有插层的粘土、填充的纳米微粒（纳米CaCO3、纳米SiO2等）。24聚丙烯24粘土对聚丙烯的改性聚丙烯与3种有机粘土复合形成的插层复合材料25粘土对聚丙烯的改性25 如上表所示，添加0.5%4%改性蒙脱土的聚丙烯，其抗冲击性能已经大幅提高，同时弹性模量和强度也明显提高。 上表说明，聚丙烯粘土复合材料的力学性能主要取决于粘土的性质，实验证明蒙脱土和云母虽然没有明显的层间距扩大现象，它们的片层具有较高的硬度，对复合材料性能的提高具有较大的贡献。 当然，如果蒙脱土和云母的片层发生剥离，对聚丙烯的力学性质将会

12、有更大的贡献。26 如上表所示，添加0.5%4%改性蒙脱土的聚丙烯，其抗冲 有机化粘土对聚丙烯的亲和性并不是很好，复合材料的损耗模量峰强度因粘土的存在而减弱。 利用粘土层间的极性羟基，在聚丙烯插层时引入官能化的聚丙烯预聚物，怎能明显体提高聚丙烯与粘土的亲和性，达到有效改性聚丙烯的目的。 以马来酸酐改性聚丙烯预聚物作为聚丙烯与粘土的增溶剂，粘土片层间距因此而有了较大的扩展，在一定粘土含量的范围内，粘土均能以纳米级片层均匀扩散在聚丙烯基体中。27 有机化粘土对聚丙烯的亲和性并不是很好，复合材料的损耗模量 由于纳米级的分散状态，聚丙烯复合材料的拉伸强度、杨氏模量等随着增溶剂马来酸酐改性聚丙烯预聚物的

13、增加而增加，复合材料的玻璃化温度都相当提高。 无增溶剂的聚丙烯插层复合材料虽然相对聚丙烯在力学性能上有所提高，但不及增溶剂存在明显。28 由于纳米级的分散状态，聚丙烯复合材料的拉伸强度、杨氏模量填充改性聚丙烯 对填充型聚丙烯纳米复合材料来讲，纳米粉体对聚丙烯的分散能力是获得复合材料高性能的关键因素。 要对填充的纳米粉体材料进行表面改性，以增强纳米粉体材料在聚丙烯基体中的分散能力，提高纳米粉体与聚丙烯基体的亲和性。 纳米CaCO3粉体填充聚丙烯时，以钛酸酯偶联剂出来纳米CaCO3，与聚丙烯混合在双螺杆挤出机挤出造粒，然后注射成型。29填充改性聚丙烯29 通过拉伸强度、冲击强度、差热分析、结晶速率

14、等实验参数的测定，结果表明，由于CaCO3在聚丙烯基体中纳米CaCO3的聚集体大小是130nm左右，这种纳米聚集体虽然对聚丙烯的拉伸强度影响不大，但对冲击强度影响较大，在低温时增韧效果更好。 纳米CaCO3含量为3%5%时，冲击强度提高了20%，熔融热晗测试表明，这个区间的熔融热晗数值较低。30 通过拉伸强度、冲击强度、差热分析、结晶速率等实验参数的测 环氧树脂是从环氧化合物衍生而来的低聚物或聚合物，通过各种与环氧基反应的交联剂的固化作用形成体型材料。 环氧树脂基体材料强度高、耐水性耐碱性好、固化收缩率低，具有优良的机械、电气、化学、粘接性能，被广泛应用于粘合剂、涂料、复合材料等方面。 环氧树

15、脂基纳米复合材料的制备方法主要有：溶液混合法、插层法。热固性纳米复合材料（环氧树脂）31 环氧树脂是从环氧化合物衍生而来的低聚物或聚合物，通过各种溶液混合法 溶液混合法就是将表面改性的纳米粉体填充于环氧树脂中，借助机械搅拌或者超声分散，促使纳米粉体分散均匀。在随后的固化剂作用下，固化成型得到复合材料。 环氧树脂的室温粘度较大，一般在高于室温3060下进行混合分散，以有利于纳米粉体在环氧树脂中分散均匀。32溶液混合法32 填充型复合材料具有良好的力学强度和韧性。通过溶液共混法，用超声波分散纳米SiO2，以甲基四氢苯酐为固化剂，制备了E-44环氧树脂/SiO2复合材料，其力学性能如右表所示。33

16、填充型复合材料具有良好的力学强度和韧性。通过溶液共 从表中看出，在一定范围内，随着纳米SiO2用量的增加，所得到的复合材料的冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率逐渐增加，当纳米SiO2含量为3%时，环氧树脂复合材料比纯E-44环氧树脂的冲击强度提高了124%，拉伸强度提高了30%，断裂伸长率提高了18%。 以上的数据是只有保证纳米SiO2在E-44环氧树脂中以纳米级分散状态，才有既增强又增韧的效果，否则纳米粉体发生聚集，形成宏观聚集体，容易在环氧树脂基体内造成缺陷，使复合材料失去上述效果。34 从表中看出，在一定范围内，随着纳米SiO2用量的增加，所插层法 插层法制备环氧树脂纳米复合材料就是将环氧树

17、脂与有机粘土混合、加热搅拌，利用粘土层间的空隙，环氧树脂分子链插入到片层间，将粘土间距扩大。 在固化剂作用下，环氧树脂固化成型，化学反应热进一步促使粘土层间距扩大，形成环氧树脂插层型或剥离型纳米复合材料。35插层法35 目前，对环氧树脂插层复合材料的性能研究主要限于力学性能和热性能，研究结果表明，少量粘土的加入使材料的这些性能得到不同程度的提高，但效果一般不如粘土改性热塑性塑料那么突出。 环氧树脂插层复合材料的热力学性能研究表明：复合材料的热膨胀系数降低，热畸变温度提高。这为开发研究工程型环氧树脂插层复合材料提高了可能。36 目前，对环氧树脂插层复合材料的性能研究主要限于力学性能和抗菌塑料导电

18、塑料功能性纳米复合塑料37抗菌塑料导电塑料功能性纳米复合塑料37 抗菌塑料是指塑料本身具有抗菌性，可以在一定时间内将沾污在塑料上的细菌杀死并抑制细菌生长。 在欧美一些发达国家，人们早已在电话机听筒、电脑键盘、公交车的扶手等器具上或多或少地使用了抗菌塑料，目前抗菌塑料已开始用于大型家电、通讯器材、汽车制造等方面。 抗菌塑料38 抗菌塑料是指塑料本身具有抗菌性，可以在一定时间内将沾污在 塑料能抗菌，是因为在其生产过程中添加了抗菌剂。用这种方法抗菌剂的用量大，使成本提高。为了降低成本，可将颗粒极细的抗菌剂制成喷雾液，喷涂于塑料模具表面，在成型过程中抗菌剂渗入塑料制品的表面，经过适当的热处理后，使抗菌

19、剂与塑料制品结合起来。 39 塑料能抗菌，是因为在其生产过程中添加了抗菌剂。用这种方法抗菌剂分类抗菌剂有机无机天然40抗菌剂分类抗菌剂有机无机天然40有机抗菌剂有机抗菌剂以有机酸、酚、醇为主要成分，杀菌力强，即效性好，但加工中会产生刺激性气味，在塑料中易迁移，耐热性差。41有机抗菌剂有机抗菌剂以有机酸、酚、醇为主要成分，杀菌力强，即天然和高分子类抗菌剂天然和高分子类抗菌剂也由于耐热性差、加工困难等因素未在塑料中形成大规模应用。这些抗菌剂与无机类抗菌剂复合使用，可以结合二者的优点，既具有有机类的即效性、持续性，又具有无机抗菌剂的安全性和耐久性。42天然和高分子类抗菌剂天然和高分子类抗菌剂也由于耐

20、热性差、加工无机类抗菌剂无机类抗菌剂是将银、铜、锌等本身具有抗菌能力的金属或金属离子负载于无机物载体上，通过载体的缓释来实现抗菌。其载体主要是沸石、二氧化钛、磷酸锆、硅 胶等。由于银离子的毒性很小，抗菌能力强，而且在人体内难于积累，因此目前已经商品化，银系抗菌剂成为应用最为广泛的抗菌剂。 43无机类抗菌剂无机类抗菌剂是将银、铜、锌等本身具有抗菌能力的金纳米技术改性无机抗菌剂从发展前景来看，采用纳米技术改性的无机抗菌剂最为人们所青睐。这类抗菌剂由于粒径超细，增加了与细菌的接触面积，同时可穿透细菌的细胞壁进入细胞体内，破坏细胞合成酶的活性，使细胞丧失分裂增殖能力而死亡。因此，功能性纳米无机抗菌剂具

21、有极其优异的抗菌效率，且安全无毒、时效长、缓释效果好，具有普通银系抗菌剂所不能比拟的光稳定性和热稳定性。近年来，采用纳米半导体粒子的光催化效应杀菌的技术有所进展。这种抗菌剂的最大特点在于不但能将细菌杀死，而且能够将有机物彻底降解，从而避免了“白色污染”。 44纳米技术改性无机抗菌剂从发展前景来看，采用纳米技术改性的无机 在纳米技术的开发上，导电塑料可能是最佳材料。目前，导电塑料的发明人之一、美国物理学家马克迪尔米德教授正在着手研究导电塑料与纳米技术的结合运用。即将传统的导电材料与导电纤维静电编织起来，制造出纳米级纤维和纳米电子线路。 众所周知，人的头发直径是5万纳米，而马克迪尔米德教授领导的研

22、究小组正在研制的纳米材料聚苯胺纤维的直径仅为100纳米，这是目前世界上最细的纤维，仅有头发丝直径的1/500。导电塑料45 在纳米技术的开发上，导电塑料可能是最佳材料。目前，导电塑6.3 纳米复合阻燃材料 466.3 纳米复合46 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、心、肺、肾等多脏器严重损害的，全身性疾病，而且不少患者同时伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如下： 1、早期皮肌炎患者，还往往伴有全身不适症状，如-全身肌肉酸痛，软弱无力，上楼梯时感觉两腿费力；举手梳理头发时，举高手臂很吃力；抬头转头缓慢而费力。皮肌炎图片皮肌炎的症状表现 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、心、肺、肾等多脏器严重 阻燃塑料是指具有一定

23、阻燃性能的塑料。 在开发的阻燃型纳米复合材料中主要有阻燃聚酰胺类和聚乙烯类。 近年来，世界各国对聚酰胺和聚乙烯品种进行了大量的改性工作，随着性能的改进，其用途也越来越广。 48 阻燃塑料是指具有一定阻燃性能的塑料。48阻燃型聚酰胺材料应用比例49阻燃型聚酰胺材料应用比例49 聚乙烯特别是超高分子量聚乙烯是一种具有优异的耐磨性和抗冲击性、卓越的化学稳定性和耐腐蚀性、优良的抗应力龟裂性和耐疲劳性。但耐燃性差，近几年为扩大超高分子量聚乙烯应用范围，阻燃型聚乙烯材料发展强劲。 阻燃材料实现的途径：使用添加型阻燃剂使用反应型阻燃剂50 聚乙烯特别是超高分子量聚乙烯是一种具有优异的耐磨性和抗使用添加型阻燃

24、剂 通过机械混合的方法，将阻燃剂加入到聚酰胺中，使其获得阻燃性能，这是目前目前获得材料阻燃性的主要方法。使用反应型阻燃剂 阻燃剂作为一种反应单体参加反应，并结合到聚合物的主链或侧链中，是聚酰胺本身含有阻燃成分。 其特点是稳定性好，毒性小，阻燃性长久，但合成工艺复杂，具体操作难度大，在实际应用中不如普遍。51使用添加型阻燃剂51阻燃聚合物材料的发展方向高效阻燃材料纳米复合阻燃材料复合阻燃材料52阻燃聚合物材料的发展方向高效阻燃材料纳米复合阻燃材料复合阻燃高效阻燃材料 少用或不用含卤阻燃剂，代之以磷、氮阻燃剂和氧化物系列、氢氧化物系列阻燃剂。复合阻燃材料 将多种阻燃剂复配，发挥阻燃剂间的协同作用，

25、达到降低阻燃剂用量，提高阻燃性能的目的。53高效阻燃材料53纳米复合阻燃材料 将传统的无机阻燃剂纳米化，以纳米级Sb2O3为载体，经表面改性可制成高效的阻燃剂，其氧指数是普通阻燃剂的数倍。 另一种纳米复合阻燃材料是插层复合塑料，以粘土通过改性聚酰胺，赋予聚酰胺强劲的阻燃性能。 插层型复合材料有可能成为新一代阻燃高分子材料，重点发展的是聚酰胺（尼龙）插层粘土所得的纳米复合阻燃剂。54纳米复合阻燃材料545555 粘土含量为2%和5%的粘土/尼龙6纳米复合材料的热释放速率峰值比尼龙6分别下降32%和63%，热释放速率平均值可降低35%50%，这两项值得降低，表明材料阻燃性的提高。 纳米分散的粘土复

26、合材料的阻燃性欲宏观分散的复合材料不同，其机理可能是：由于聚合物基体与蒙脱土片层的良好结合，通过控制纳米硅酸盐片层的平面取向，纳米塑料制品表现出良好的尺寸稳定性和气体阻隔性。这种结构是良好的绝缘体和传质屏障，可减缓聚合物分解所生成的挥发性产物的溢出。56 粘土含量为2%和5%的粘土/尼龙6纳米复合材料的热释放速阻燃性能等级 依据标准 判 定 指 标 阻燃 1级 （织物） GB/T 5454 GB/T 5455 GB/T 8627 GB/T 20285 a）氧指数32.0 b）损毁长度150mm，续燃时间5s，阴燃时间5s c）燃烧滴落物未引起脱脂棉燃烧或阴燃； d）烟密度等级（SDR）15 e

27、) 产烟毒性等级不低于ZA2级 阻燃 2级 （织物） GB/T 5455 GB/T 20285 a） 损毁长度200mm，续燃时间15s，阴燃时间15s b） 燃烧滴落物未引起脱脂棉燃烧或阴燃 c） 产烟毒性等级不低于ZA3级 注：氧指数试验熔融织物除外。 57阻燃性能等级 依据标准 判 定 指 标 阻燃 1级 GB/T阻燃性能等级 产 品 类 别 依据标准 判 定 指 标 阻燃 1级 (塑料/橡胶) 电器类阻燃塑料/橡胶制品 音频、视频制品（外壳） GB/T 16172 GB/T 11020 GB/T 8627 a） 热释放速率峰值150kW/m2 b） FV0级 c） 烟密度等级（SDR）

28、75 信息技术设备（外壳） GB/T 16172 GB 4943 GB/T 8627 a） 热释放速率峰值150kW/m2 b） V-0级 c） 烟密度等级（SDR）75 家电外壳、电器附件及管道 GB/T 16172 GB/T 2408 GB/T 8627 a） 热释放速率峰值150kW/m2 b） FV-0级 c） 烟密度等级（SDR）75 阻燃 2级 (塑料/橡胶) 电器类阻燃塑料/橡胶制品 音频、视频制品 （外壳） GB/T 11020 FV1级 信息技术设备 （外壳） GB 4943 V-1级 家电外壳、电器附件及管道 GB/T 2408 FV-1级 注：热释放速率试验的辐射热流为：

29、50 kW/m2。 58阻燃性能等级 产 品 类 别 依据标准 判 定 指 标 阻燃阻燃性能等级 产 品 类 别 依据标准 判 定 指 标 阻燃 1级 (泡沫塑料) 阻燃泡沫塑料 GB/T 16172 GB/T 8333 GB/T 8627 GB/T 20285 a）热释放速率峰值250kW/m2 b）平均燃烧时间30s 平均燃烧高度250mm c）烟密度等级（SDR）75 d）产烟毒性等级不低于ZA2级 阻燃 2级 (泡沫塑料) 阻燃泡沫塑料 GB/T 8333 GB/T 20285 a）平均燃烧时间30s 平均燃烧高度250mm b）产烟毒性等级不低于ZA3级 注：热释放速率试验的辐射热流

30、为：50 kW/m2。 59阻燃性能等级 产 品 类 别 依据标准 判 定 指 标 阻燃6.4 纳米复合橡胶 606.4 纳米复合橡胶60 纳米复合橡胶的制造方法主要有那么粉体材料对橡胶体的填充法、橡胶体对粘土的插层法、原位形成纳米相的溶胶-凝胶法等。具有商业趋势的是前2种。1. 填充法 利用高分散性纳米粉体材料与橡胶混合，在普通混炼机上进行混炼，只有能够到达纳米级分散，就能达到纳米粉体对橡胶的增强作用。 常用的纳米粉体：SiO2、ZnO、CaCO3、TiO2等。61 纳米复合橡胶的制造方法主要有那么粉体材料对橡胶体的填充法 还有一种纳米丙烯酸金属盐作为填充材料。 以丙烯酸金属盐复合橡胶制备纳

31、米复合橡胶，是填充法中很重要的一个方面。丁腈橡胶中填充30份甲基丙烯酸锌，其硫化胶拉伸强度可达55Mpa左右，这是除短纤维复合橡胶之外最高的橡胶强度。 丙烯酸金属盐对橡胶的增强作用是一般助交联剂所不具备的。 目前，在橡胶交联过程中，丙烯酸金属盐在橡胶基质中能够原位生成纳米粒子（聚丙烯酸金属盐），从而对橡胶产生优异的纳米增强效果。62 还有一种纳米丙烯酸金属盐作为填充材料。62甲基丙烯酸锌63甲基丙烯酸锌63 纳米粒子的生成过程：甲基丙烯酸锌在过氧化物的作用下，一方面发生自聚，形成纳米级聚甲基丙烯酸锌粒子。在自聚同时，与橡胶大分子产生接枝和交联。 TEM观察表明，丁腈橡胶中聚甲基丙烯酸锌的原生粒

32、子直径为2nm，它们聚集成十几到几十纳米的聚集体。原生粒子极小的直径和与橡胶大分子间的化学键合是丙烯酸金属盐对橡胶起增强作用的主要原因。64 纳米粒子的生成过程：64 丙烯酸金属盐与橡胶有一定的相容性，可产生增塑作用，且其初始粒径为微米级，因而复合材料的加工性能较好。 由于极性和交联密度的提高，纳米丙烯酸金属盐填充的橡胶具有比较优异的耐油性和耐热性。在特种橡胶制品领域，其综合优势是炭黑和白炭黑所无法比拟的。65 丙烯酸金属盐与橡胶有一定的相容性，可产生增塑作用，且其2. 插层法 插层法有2种形式：橡胶前驱体的插层聚合 这种方法能够克服橡胶的分子链段相互作用对粘土插层所产生的障碍，例如苯乙烯、丁

33、二烯对粘土插层、原位自由基聚合，就能得到丁苯橡胶/粘土纳米复合材料。 虽然这种方式能够保证纳米级的分散，但距工业实施还有很多工作要做。662. 插层法66橡胶弹性体乳液插层 聚合物乳液插层时已经讲过3. 溶胶-凝胶法 在纯橡胶硫化胶中以浸泡法渗透进纳米粒子前驱体，在一定条件下进行溶胶-凝胶反应，反应后减压干燥，即可得到基质为硫化胶、分散质为原位生成的纳米相无机粒子的复合橡胶。67橡胶弹性体乳液插层67溶胶凝胶技术的前驱体：TiO2ZrO2Al2O3ZnO四丁基钛酸酯 烷氧基铝 丙氧化锌 正丙氧基锆68溶胶凝胶技术的前驱体：四丁基钛酸酯 烷氧基铝 丙氧化锌 正4. 纳米复合橡胶的性能（加工性能）

34、 纳米微粒的引入，橡胶的加工性能有所改变。插层复合橡胶在塑炼时，包辊性能好，胶料塑性好，混乱时间短，具有良好的塑炼加工性能。 温度对复合材料的粘度影响不大，特别是高剪切速率时，粘度几乎没有变化，因此，不会因温度的变化而影响产品的质量。 在相同的条件下，粘土复合橡胶的挤出性能比炭黑填充橡胶要好，制品挤出膨胀比小，制品外观光滑。694. 纳米复合橡胶的性能（加工性能）695. 纳米复合橡胶应用 在橡胶行业，通常都是加入炭黑来提高制品的强度、耐磨度和抗老化性。因一直找不到合适的材料替代炭黑作为补强剂和抗老化剂，所以过去研究出来的非炭黑补强的橡胶制品的强度、抗老化性比较差。 705. 纳米复合橡胶应用

35、70 纳米材料的一个主要特性就是超常规物性，应用纳米材料与橡胶复合，开发出新一代高性能橡胶制品，如纳米ZnO作为橡胶的无机活性剂，应用到橡胶鞋底生产，用量不仅比普通ZnO少1/3，而且耐高温、耐老化 在橡胶原料中加入少量纳米SiO2，鞋底的韧性、强度、伸长率、抗折性、耐高温、耐老化等性能大大超出原料。 71 纳米材料的一个主要特性就是超常规物性，应用纳米材料与橡应用防水材料运动场地材料气密性轮胎72应用防水材料运动场地材料气密性轮胎726.5 纳米复合涂料 利用高新技术改造传统涂料产业是迅速提高涂料质量、更新涂料品种的重要手段，用纳米结合传统涂料制造纳米复合涂料是涂料发展的重要方向。 纳米复合

36、涂料就是将纳米粉体用于涂料中所得到的一类具有抗辐射、耐老化与剥离强度高或具有某些特殊功能的涂料。736.5 纳米复合涂料73 1. 纳米复合涂料分类：纳米改性涂料 利用纳米粒子的某些功能对现有涂料进行改性，提高涂料的性能。纳米结构涂料 完全由纳米粒子组成的纳米涂层材料。 这是新发展的功能性涂料，主要限于军事隐形涂料、抗静电涂料、抗菌涂料74 1. 纳米复合涂料分类：74 国内外对功能型纳米复合涂料的应用性研究十分活跃，已有商品化产品出售，所生产的涂料大多作为特种涂料或高附加值的高档涂料。 我国生产纳米粉体的企业不少，但是真正研究开发成功的并不多，尚未获得实践应用。2. 比较有名的几个涂料企业哈

37、尔滨鑫科纳米科技发展有限公司 将纳米钛与树脂化合后生成的多种全新涂料，具有多种同类产品无法比拟的优越性。75 国内外对功能型纳米复合涂料的应用性研究十分活跃，已有商品 首先是耐腐蚀，用其涂覆的物品既能耐沸水，又能在海水中浸泡10 年不坏，是目前海洋船体防腐蚀涂料中最具发展前景的。其次，涂层的硬度和耐磨性显著提高，它还有神奇的自修复能力，可作为金属、非金属材料通用的修补剂。南京化工大学与河海纳米科技公司合作开发了纳米内墙涂料。持久释放负离子，改善室内空气质量的功能；可吸收空气中异味（如室内装修后的甲醛、烟味） 净化空气，具有抗菌、防霉、辐射远红外及保健功能。76 首先是耐腐蚀，用其涂覆的物品既能

38、耐沸水，又能在海水中浸纳美公司是注册于中关村高科技园区的新技术企业。 该公司生产的纳米系列涂料已大量应用于北京住宅区的外墙粉刷，效果良好。在首体改造工程中，使用纳米涂料1700t，涂刷6万m2。3. 功能性涂料实例抗菌抗污涂料 有人做了一种涂料，里边无机纳米粉体对微生物细胞具有很强的库仑力，银离子对牢固吸附的细胞具有强穿透力，银离子能够穿透细77纳美公司是注册于中关村高科技园区的新技术企业。77胞壁进入细胞核内，破坏细胞合成酶的活性，细胞丧失分裂增殖能力而死亡。 试验表明，涂料对白色念珠菌抑菌率达100%，故这种涂料具有净化居住环境的能力。纳米抗静电涂料 为了改善静电屏蔽涂料的性能，诞生了纳米

39、抗静电涂料，这种涂料具有良好的静电屏蔽效果。所应用的纳米微粒有Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等。78胞壁进入细胞核内，破坏细胞合成酶的活性，细胞丧失分裂增殖能力这些具有半导体特性的纳米氧化物在常温下具有比常规的氧化物更高的导电特性，因而能起到静电屏蔽的作用。 同时，纳米粒子的颜色不同，生产的涂料的颜色也可不同，避免单一的颜色。其它种类涂料 防紫外线涂料、建筑涂料、激光涂料等等。79这些具有半导体特性的纳米氧化物在常温下具有比常规的氧化物更高6.6 纳米复合纤维 将纳米材料应用于合成纤维中，就变成合成纤维。 合成纤维中纳米粉体的尺寸并不取决于初级粒子的大小，而是取决于纳米粉体在纤维中的分散能力。 一般情况下，将纳米粉体做成母料，然后与纺丝原液混合纺丝。806.6 纳米复合纤维80应用远红外丝可染丙纶（聚丙烯）纤维防紫外线纤维抗菌纤维增强纤维保暖衣增加可染性衣服面料81应用保暖衣增加可染性衣服面料816.7 纳米复合生物材料 826.7 纳米复合生物材料82 自然界生物的很多器官本身就是天然的高分子纳米复合材料，在生物体上认识天然的纳米复合材料和利用人工合成的纳米复合材料，是非常有现实意义的。 生物材料要求必须具有良好的生物相容性、可吸收性、无毒和无蓄积性。它是以医用为目的，用于和活体组织接触，且具有功能的无生命材料。生物材料包括金属材料、