納米塑料的其他性能概要PPT課件

1、1納米塑料的各向異性指基體為高分子聚合物，通過(guò)納米粒子在塑料樹(shù)脂中的充分分散,有效地提高了塑料的耐熱、耐磨等性能。使普通塑料具有陶瓷材料一樣的剛性和耐熱性，同時(shí)又保留了塑料本身所具備的韌性、耐沖擊性和易加工性。亦稱“非均質(zhì)性”。物體的全部或部分物理、化學(xué)等性質(zhì)隨方向的不同而各自表現(xiàn)出一定的差異的特性。即在不同的方向所測(cè)得的性能數(shù)值不同。第1頁(yè)/共14頁(yè)尼龍-層狀硅酸鹽納米塑料中，熱脹系數(shù)就是各向異性的。層狀硅酸鹽是2:1型黏土礦物質(zhì)，主要有蒙脫土、蛭石、水輝石、海泡石組成。在注射成型時(shí)的流動(dòng)方向的熱膨脹系數(shù)為垂直方向的一半，而純尼龍為各項(xiàng)同性的。從透射電鏡照片可以看出，1nm厚的蒙脫土片層分散

2、在尼龍基體中，蒙脫土片層的方向與流動(dòng)方向一致，聚合物分子鏈也和流動(dòng)方向相平行。因此，各向異性可能是蒙脫土和高分子鏈取向的結(jié)果。1.1.各向異性：第2頁(yè)/共14頁(yè)2.2.熱力學(xué)性能：材料科學(xué)與工程系教授Giannelis初步提出一個(gè)基于平均場(chǎng)的晶格熱力學(xué)模型。并提出了幾點(diǎn)假設(shè)：各種組分的構(gòu)象和相互作用是獨(dú)立的雜化物形成的自由能變化可分成獨(dú)立的熵和焓兩項(xiàng)熵是聚合物和硅酸鹽（包括層間的烷基銨離子）構(gòu)象變化的總和硅酸鹽構(gòu)象的變化可用修正的Flory-Huggins晶格模型來(lái)測(cè)定，在這個(gè)模型中，占據(jù)的晶格模擬烷基銨陽(yáng)離子在不能穿透的硅酸鹽片層之間的取向插層聚合物鏈的約束，與用自洽場(chǎng)法處理的、在兩表面之間

3、具有排斥體積的無(wú)規(guī)飛行聚合物相似對(duì)于焓，應(yīng)用一個(gè)修正的平均場(chǎng)。在這個(gè)方法中，每個(gè)晶格位置相互接觸的數(shù)目被每個(gè)晶格位置相互作用面積所代替，允許相互作用參數(shù)用單位面積的能量來(lái)表示，并且可用界面或表面能近似表示。第3頁(yè)/共14頁(yè)Giannelis的研究表明的研究表明由于聚合物的限制，熵的損失（這通常阻止插層）必須由層的分離而獲得補(bǔ)償。如果熵的損失大于或等于熵的獲得，則焓就決定插層是否發(fā)生。如果焓不能補(bǔ)償熵的損失，就沒(méi)有插層的發(fā)生，導(dǎo)致非分散或不相容雜化物。理想的聚合物應(yīng)當(dāng)具有極性或含有能和硅酸鹽表面相互作用的官能團(tuán)。聚合物和硅酸鹽的作用越強(qiáng)，就會(huì)形成插層雜化物直至剝離型雜化物。第4頁(yè)/共14頁(yè)納米材

4、料在耐摩擦功能橡膠制備中應(yīng)用納米材料在耐摩擦功能橡膠制備中應(yīng)用納米材料在阻燃功能橡膠制品中的應(yīng)用11.5.3 11.5.3 納米材料在橡膠制品中的應(yīng)用納米材料在橡膠制品中的應(yīng)用納米材料在提高橡膠制品熱穩(wěn)定中的應(yīng)用第5頁(yè)/共14頁(yè)2021-11-19一、納米材料在阻燃功能橡膠制品中的應(yīng)用 在有機(jī)蒙脫土/天然橡膠納米復(fù)合材料中，橡膠大分子鏈插層后，一方面蒙脫土?xí)?duì)層間大分子層間大分子產(chǎn)生一定的阻隔作用，另一方面蒙脫土能夠促使有機(jī)蒙脫土/天然橡膠納米復(fù)合材料燃燒表面形成炭層燃燒表面形成炭層，炭層能夠減緩燃燒熱向未燃部分的熱反饋以及分解產(chǎn)物向火焰區(qū)的擴(kuò)散，抑制了揮發(fā)物產(chǎn)生，起到了良好的阻隔作用，從而能

5、降低燃燒過(guò)程中的熱釋放速率。同時(shí)，蒙脫土良好的吸附作用可以吸收一部分成炭，降低生煙速率。有機(jī)插層蒙脫土的加入可以賦予材料較好的阻燃性阻燃性和抑煙性抑煙性。 另外，華南理工大學(xué)李博等人采用機(jī)械混煉插層法制備了有機(jī)蒙脫土/天然橡膠納米復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了無(wú)機(jī)片層在橡膠基體中的納米材料級(jí)分散。并且能有效的較低天然膠的HRR值，表現(xiàn)出良好的吸附成炭作用，明顯改善了天然橡膠的抑煙效果。洛氏硬度標(biāo)尺的一種第6頁(yè)/共14頁(yè)機(jī)械混煉插層法：橡膠與改性后的層狀硅酸鹽如蒙脫土、高嶺土等進(jìn)行機(jī)械混煉，依靠機(jī)械的剪切力實(shí)現(xiàn)插層。目前已經(jīng)用這種技術(shù)制備了粘土/丁腈膠、粘土/硅橡膠等嵌入復(fù)合材料。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，成本較低，易于

6、工業(yè)化生產(chǎn)，具有良好的抗老化性能。缺點(diǎn)：插層的動(dòng)力為物理作用，且粘度高，故分散相為多層粘土晶層的緊密結(jié)合體，相疇尺寸較大，且界面為物理作用。第7頁(yè)/共14頁(yè)其他制備方法其他制備方法溶膠溶膠-凝膠法凝膠法原位聚合法原位聚合法 共混法共混法機(jī)械共混：機(jī)械共混：利用橡膠廠常用的煉膠機(jī)，趁膠料處于粘流狀態(tài)便將納米材料與膠料直接共混。溶液共混：溶液共混：在橡膠溶液中加入納米粉體，攪拌均勻，除去溶劑后經(jīng)干燥得到復(fù)合體。乳液共混：乳液共混：用膠乳取代溶液，加入納米粉體，攪拌均勻，除去溶劑后經(jīng)干燥得到復(fù)合體。將分散體的前驅(qū)體與單體或聚合物混合后溶解，通過(guò)前驅(qū)體的水解和縮合，生成分散相。將納米粒子添加到單體溶液

7、中，借助于超聲波沖擊分散，然后進(jìn)行聚合。但難度大、污染環(huán)境。第8頁(yè)/共14頁(yè)二、納米材料在耐摩擦功能橡膠制備中應(yīng)用要點(diǎn)要點(diǎn)1 1：納米超細(xì)微粒材料僅僅依靠機(jī)械加工剪切力無(wú)法打開(kāi)團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)納米級(jí)分散要點(diǎn)要點(diǎn)2 2：納米超細(xì)微粒材料在橡膠中達(dá)到納米級(jí)分散才可能充分發(fā)揮其耐摩擦的特性要點(diǎn)要點(diǎn)3 3：羧基聚丁二烯（液體橡膠）與生產(chǎn)所需橡膠相容性好，能均勻分散在橡膠中要點(diǎn)要點(diǎn)4 4：納米超細(xì)微粒自身的羥基和羧基聚丁二烯中的羥基發(fā)生反應(yīng)，使自身在橡膠中達(dá)到納米級(jí)分散 要點(diǎn)要點(diǎn)5 5：羧基聚丁二烯分子兩端的羧基易于納米超細(xì)微粒中羥基交聯(lián)，形成立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第9頁(yè)/共14頁(yè)三、納米材料在提高橡膠制品熱穩(wěn)定中

8、的應(yīng)用乙丙橡膠（乙丙橡膠（EPR）/蒙脫土納米復(fù)合材料蒙脫土納米復(fù)合材料：由EPR、蒙脫土、插層劑、活性劑、促進(jìn)劑和硫化劑組成。制備方法：制備方法：1.將EPR、蒙脫土和插層劑加入密煉機(jī)進(jìn)行混煉2.將制得的混煉膠、活性劑、促進(jìn)劑和硫化劑加入密煉機(jī)中混煉3.最后將混煉膠進(jìn)行硫化加工工藝簡(jiǎn)單，可以大幅度提高EPR的物理性能和熱穩(wěn)定性第10頁(yè)/共14頁(yè) 四、提升力學(xué)性能四、提升力學(xué)性能不同的填充劑當(dāng)其細(xì)度達(dá)到納米級(jí)后，各種力學(xué)性能都能大幅度提高。例如，在填充量相同的情況下含納米三氧化二鋁的橡膠的拉伸強(qiáng)度可達(dá)到含N330橡膠的97.3%，甚至輕質(zhì)碳酸鈣納米化后橡膠的力學(xué)性能也能達(dá)到含N330的85.5%。引入納米技術(shù)是產(chǎn)品升級(jí)換代的可取途徑，具有原料價(jià)廉，來(lái)源充沛等優(yōu)勢(shì)，還能讓產(chǎn)品提高品級(jí)。第11頁(yè)/共14頁(yè)五、抗光老化：納米級(jí)配合劑的比表面大，具有較強(qiáng)的吸收和反射紫外線的能力，能有效的抑制光老化。六、氣密：在橡膠中添加納米級(jí)粘土類(lèi)材料，其機(jī)理建立在粘土類(lèi)納米材料的片層結(jié)構(gòu)的扁平度大，與橡膠的結(jié)合力高，對(duì)氣體分子的牽制作用也大。另外，納米材料的化學(xué)成分和形態(tài)結(jié)構(gòu)的作用也很關(guān)鍵?；瘜W(xué)成分以硅酸鹽為最佳，幾何形態(tài)以片層為最理想。兼具這兩方面的優(yōu)勢(shì)，氣密性最為突出。七、輻射屏蔽：納米材料在