纳米复合塑料课件

纳米复合塑料

小组成员：周滢慜朱明明宋小雪吕蕾蕾张乱刘俊霞

纳米材料及纳米复合材料简介1

纳米复合塑料3

纳米复合材料制备方法2

自然界：珍珠贝壳由无机CaCO3与有机纳米薄膜交替叠加形成天然纳米结构。候鸟、座头鲸等动物体内发现存在约由30nm的磁性粒子组成的用于导电的天然线状或管状纳米结构。工程界：中国古代利用燃烧蜡烛的烟雾制成纳米炭黑，用于制墨燃料。中国铜镜表面防锈层即纳米SnO2薄膜。纳米尺度下的特殊性能1.量子尺寸效应2.小尺寸效应3.表面效应4.宏观量子隧道效应5.库仑堵塞与量子隧穿纳米材料的表面改性

原因：表面能大，易团聚。目的：降低表面能，消除表面电荷，减弱表面极性。措施：１）表面覆盖改性２）机械化学改性３）外膜层改性４）局部活性改性５）高能量表面改性６）利用沉淀反应表面改性

聚合物基纳米复合材料由于聚合物基体具有易加工、耐腐蚀、高弹性与韧性、良好的光学性质等优良性能，并能提供一个优良的载体环境，抑止纳米单元的氧化和团聚，提高纳米无机相的稳定性，从而充分发挥纳米单元的特异性能，实现其特殊性能的微观控制，制造出新型功能性高分子复合材料，或使通用高分子材料高性能化。故聚合物基纳米材料具有广阔的应用前景和商业开发价值。

一些常用合成和制备纳米材料方法气相法气相冷凝法溅射法通电加热蒸发法混合等离子法激光诱导化学气象沉积法液相法共沉淀法喷雾法水热法微乳液法溶胶—凝胶法电沉积法溶剂挥发分解法高压淬火法

固相法高能球磨法非晶晶化法燃烧合成法纳米复合材料制备方法1234

共混法

插层复合法

原位聚合法溶胶—凝胶法

溶胶—凝胶法的工艺过程

典型的溶胶—凝胶工艺流程示意图溶胶——凝胶法

优点：可在温和条件下进行，两相分散均匀，通过控制前驱物的水解—缩合来调节溶胶—凝胶化过程，从而在反应早期就能控制材料的表面与界面，产生结构及其精细的第二相。缺点：凝胶干燥过程中，由于溶剂、小分子的挥发可能导致材料内部产生收缩应力，影响材料的力学和机械性能。插层复合法

原理：在一定驱动力作用下，使层状无机物发生层间剥离，破碎成纳米尺寸的结构微区，使聚合物插进层片之间，实现高分子与无机物在纳米尺度上的复合。分类：（1）熔融插层聚合（2）溶液插层聚合（3）高聚物熔融插层（4）高聚物溶液插层层间具有可交换离子的蒙脱土（MMT)是迄今制备聚合物／粘土纳米复合材料(Polymer／ClayHybrids，简称PCH)最重要的研究对象共混法

简介：类似于聚合物的共混改性，将各种无机纳米微粒与聚合物直接进行分散混合而得。可分为溶液共混法、悬浮或乳液共混法、熔融共混法、机械共混法。优点：是制备纳米复合材料最简单、方便的方法，适合于各种形态的纳米粒子。纳米材料可任意组合，粒子形态、尺寸可控。缺点：无机纳米粒子易团聚，故控制粒子微区相尺寸及尺寸分布是关键。解决方法：需对其进行表面处理，除采用分散剂、偶联剂和表面功能改性剂等综合处理外，还可用超声波辅助分散。共混法

1，溶液共混把基体树脂溶于溶剂，加入纳米粒子混合均匀后，除去溶剂或使之聚合。如：把PS溶于St中，加入纳米Al2O3，再使St聚合即得PS/Al2O3纳米复合材料。2，乳液共混先制成聚合物乳液，再与纳米粒子共混。3，机械共混如将碳纳米管用偶联剂处理后，再与UHMWPE混合研磨可得分散性好的UHMWPE/碳纳米管4，熔融共混（熔体分散法）先将无机纳米材料与高分子粉料或者粒料在高速混合机中进行充分混合，然后在双炼辊或双螺杆挤出机中通过加热使高分子熔化，并在剪切应力作用下使之与无机纳米材料充分混合，达到分散纳米微粒的目的。分散效果有待提高，但工业应用方便，广泛采用。

原位聚合法原理：先使纳米粒子在聚合物单体中均匀分散，再引发单体聚合分类：纳米微粒原位聚合法聚合物基体原位聚合法两相同步原位合成法特点：可一次聚合成型，适于各类单体及聚合方法，并保持纳米复合材料良好的性能。多用于功能复合材料的制备。纳米TiO2粒径为普通钛白粉的十分之一，催化活性高、热稳定性好、持续时间长、价格低廉，增强增韧抗老化性能纳米TiO2的量子尺寸效应不但使它对紫外光产生蓝移现象，而且对各种波长光的吸收带有宽化现象，这使纳米TiO2对紫外光有一定的吸收能力，导致聚合物/纳米TiO2复合材料的抗老化能力增强。纳米CaCO3CaCO3是塑料工业中应用最为广泛的填料之一，常用CaCO3的尺寸大约为1.0~50μm，用纳米CaCO3，不仅有增白扩容降低成本的作用，还有补强作用。多用于塑料、橡胶、纸张中。纳米CaCO3对基体的增韧是通过提高材料抗冲击裂纹开裂应力和促使基体屈服形变吸收冲击能来实现的。纳米CaCO3在复合材料受到冲击时能够诱导基体发生屈服形变、吸收大量冲击能，使材料由脆性断裂转变为韧性断裂，从而实现增韧效果。纳米复合塑料—复合效果（1）对塑料增强增韧作用无机填料优点：降低制品成本，提高制品强度、耐热性、尺寸稳定性缺点：破坏韧性，降低冲击强度、断裂伸长率橡胶弹性粒子优点：提高韧性缺点：降低刚性增强纤维优点：大幅度提高拉伸强度缺点：降低冲击强度、断裂伸长率

纳米材料既增强又增韧，具有无机填料和橡胶粒子双重作用

尼龙6纳米塑料尼龙6是一种优良的工程塑料，有良好的物理、机械性能。如拉伸强度高、耐磨性优异、抗冲击韧性好、耐化学药品和耐油性突出，但普通尼龙6吸水率高，在较强外力和加热条件下刚性和耐热性不好，制品稳定性和耐热性较差，故许多领域受到限制。尼龙6纳米复合塑料具有优异的性能及较高的性能价格比，应用领域非常广泛。可制造汽车零部件，尤其是发动机内有耐热性要求的零件，还可用于待电子电器零部件、办公用品、日用品等。纳米尼龙６相对于传统尼龙６的性能纳米尼龙6相对于传统尼龙6的性能热变型温度：可达150℃刚性上升：50-100%吸湿性降低：40%热膨胀系数降低：50%阻气性提升：４倍耐化性，耐磨，阻燃性提升结晶速率提升比重轻量化：比玻纤（35%）强化塑胶重量减少25%工程的应用耐热零组件较薄／较挺产品高尺寸安定性零组件高阻气性包装材料、容器阻燃性电子零组件增加射出成形产品产能轻量化降低成本25%

目前，丰田公司已成功地将Nylon6／Clay应用到汽车上。通过共混、原位聚合、辐射聚合等方法将纳米尺寸的无机粒子加入到高分子基体中，可以显著的提高柔性高分子强度、模量等性能，是高分子材料改性的有效手段。使用纳米尼龙可达轻量化且降低成本25%。尼龙6纳米塑料PETPET作为工程塑料三大制约因素：熔体强度差、结晶速度慢、尺寸稳定性差，故不能满足工业上快速成型的要求。当MMT组分以纳米水平分散在PET基材中时，可显著改善PET加工性能及制品性能。如中国科学院化学所的漆宗能和燕山聚酯厂合作，已将PET／MMT纳米复合材料制备成啤酒瓶，是我国第一批产业化的聚合物／粘土纳米复合材料产品。PET纳米复合材料有广泛用途，如飞机上开关、熔断器、仪表板、座椅支架、继电器，通讯业上接电板、电容器壳体，还有温控开关、变电器骨架、节能灯座等。PP纳米材料对通用塑料的改性作用主要是：增韧作用、功能化作用、工程化作用。

PP/纳米CaCO3PP/纳米滑石粉

PP/纳米蒙脱土PP/纳米TiO2

PP/纳米SiO2如将粒径在10nm左右的二氧化钛粉体与聚丙烯进行熔融共混复合,得到的纳米复合材料的弯曲模量和冲击强度可以分别提高20％和40％，其热变形温度提高70℃。

纳米材料改性PVC

PVC/纳米CaCO3

PVC/纳米粒子/炭黑－导电塑料纳米材料改性PS

PS/纳米CaCO3

纳米蒙脱土插层改性PS纳米TiO2改性PS纳米材料改性PMMAPMMA/纳米SiO2

PMMA/纳米蒙脱土纳米材料改性PTFE

PTFE/SiO2、PTFE/TiO2

、PTFE/ZrO2

、PTFE/Ai2O3

。纳米材料改性PI

PI/纳米SiO2纳米材料改性环氧树脂

EP/纳米SiO2

、EP/纳米粘土纳米材料改性不饱和聚酯

UP/纳米SiO2

纳米材料改性聚氨酯

PU/MMT纳米材料改性酚醛树脂酚醛/纳米碳粉（提高热性能、力学性能、烧蚀性能）其他纳米复合材料其他功能纳米塑料纳米导电塑料：聚吡咯/纳米SiO2

聚乙烯吡咯烷酮/纳米TiO2纳米隐身吸波材料：