納米復(fù)合塑料課件

納米復(fù)合塑料

小組成員：周瀅慜朱明明宋小雪呂蕾蕾?gòu)垇y劉俊霞

納米材料及納米復(fù)合材料簡(jiǎn)介1

納米復(fù)合塑料3

納米復(fù)合材料制備方法2

自然界：珍珠貝殼由無(wú)機(jī)CaCO3與有機(jī)納米薄膜交替疊加形成天然納米結(jié)構(gòu)。候鳥(niǎo)、座頭鯨等動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)存在約由30nm的磁性粒子組成的用于導(dǎo)電的天然線狀或管狀納米結(jié)構(gòu)。工程界：中國(guó)古代利用燃燒蠟燭的煙霧制成納米炭黑，用于制墨燃料。中國(guó)銅鏡表面防銹層即納米SnO2薄膜。納米尺度下的特殊性能1.量子尺寸效應(yīng)2.小尺寸效應(yīng)3.表面效應(yīng)4.宏觀量子隧道效應(yīng)5.庫(kù)侖堵塞與量子隧穿納米材料的表面改性

原因：表面能大，易團(tuán)聚。目的：降低表面能，消除表面電荷，減弱表面極性。措施：１）表面覆蓋改性２）機(jī)械化學(xué)改性３）外膜層改性４）局部活性改性５）高能量表面改性６）利用沉淀反應(yīng)表面改性

聚合物基納米復(fù)合材料由于聚合物基體具有易加工、耐腐蝕、高彈性與韌性、良好的光學(xué)性質(zhì)等優(yōu)良性能，并能提供一個(gè)優(yōu)良的載體環(huán)境，抑止納米單元的氧化和團(tuán)聚，提高納米無(wú)機(jī)相的穩(wěn)定性，從而充分發(fā)揮納米單元的特異性能，實(shí)現(xiàn)其特殊性能的微觀控制，制造出新型功能性高分子復(fù)合材料，或使通用高分子材料高性能化。故聚合物基納米材料具有廣闊的應(yīng)用前景和商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值。

一些常用合成和制備納米材料方法氣相法氣相冷凝法濺射法通電加熱蒸發(fā)法混合等離子法激光誘導(dǎo)化學(xué)氣象沉積法液相法共沉淀法噴霧法水熱法微乳液法溶膠—凝膠法電沉積法溶劑揮發(fā)分解法高壓淬火法

固相法高能球磨法非晶晶化法燃燒合成法納米復(fù)合材料制備方法1234

共混法

插層復(fù)合法

原位聚合法溶膠—凝膠法

溶膠—凝膠法的工藝過(guò)程

典型的溶膠—凝膠工藝流程示意圖溶膠——凝膠法

優(yōu)點(diǎn)：可在溫和條件下進(jìn)行，兩相分散均勻，通過(guò)控制前驅(qū)物的水解—縮合來(lái)調(diào)節(jié)溶膠—凝膠化過(guò)程，從而在反應(yīng)早期就能控制材料的表面與界面，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)及其精細(xì)的第二相。缺點(diǎn)：凝膠干燥過(guò)程中，由于溶劑、小分子的揮發(fā)可能導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生收縮應(yīng)力，影響材料的力學(xué)和機(jī)械性能。插層復(fù)合法

原理：在一定驅(qū)動(dòng)力作用下，使層狀無(wú)機(jī)物發(fā)生層間剝離，破碎成納米尺寸的結(jié)構(gòu)微區(qū)，使聚合物插進(jìn)層片之間，實(shí)現(xiàn)高分子與無(wú)機(jī)物在納米尺度上的復(fù)合。分類(lèi)：（1）熔融插層聚合（2）溶液插層聚合（3）高聚物熔融插層（4）高聚物溶液插層層間具有可交換離子的蒙脫土（MMT)是迄今制備聚合物／粘土納米復(fù)合材料(Polymer／ClayHybrids，簡(jiǎn)稱(chēng)PCH)最重要的研究對(duì)象共混法

簡(jiǎn)介：類(lèi)似于聚合物的共混改性，將各種無(wú)機(jī)納米微粒與聚合物直接進(jìn)行分散混合而得?？煞譃槿芤汗不旆?、懸浮或乳液共混法、熔融共混法、機(jī)械共混法。優(yōu)點(diǎn)：是制備納米復(fù)合材料最簡(jiǎn)單、方便的方法，適合于各種形態(tài)的納米粒子。納米材料可任意組合，粒子形態(tài)、尺寸可控。缺點(diǎn)：無(wú)機(jī)納米粒子易團(tuán)聚，故控制粒子微區(qū)相尺寸及尺寸分布是關(guān)鍵。解決方法：需對(duì)其進(jìn)行表面處理，除采用分散劑、偶聯(lián)劑和表面功能改性劑等綜合處理外，還可用超聲波輔助分散。共混法

1，溶液共混把基體樹(shù)脂溶于溶劑，加入納米粒子混合均勻后，除去溶劑或使之聚合。如：把PS溶于St中，加入納米Al2O3，再使St聚合即得PS/Al2O3納米復(fù)合材料。2，乳液共混先制成聚合物乳液，再與納米粒子共混。3，機(jī)械共混如將碳納米管用偶聯(lián)劑處理后，再與UHMWPE混合研磨可得分散性好的UHMWPE/碳納米管4，熔融共混（熔體分散法）先將無(wú)機(jī)納米材料與高分子粉料或者粒料在高速混合機(jī)中進(jìn)行充分混合，然后在雙煉輥或雙螺桿擠出機(jī)中通過(guò)加熱使高分子熔化，并在剪切應(yīng)力作用下使之與無(wú)機(jī)納米材料充分混合，達(dá)到分散納米微粒的目的。分散效果有待提高，但工業(yè)應(yīng)用方便，廣泛采用。

原位聚合法原理：先使納米粒子在聚合物單體中均勻分散，再引發(fā)單體聚合分類(lèi)：納米微粒原位聚合法聚合物基體原位聚合法兩相同步原位合成法特點(diǎn)：可一次聚合成型，適于各類(lèi)單體及聚合方法，并保持納米復(fù)合材料良好的性能。多用于功能復(fù)合材料的制備。納米TiO2粒徑為普通鈦白粉的十分之一，催化活性高、熱穩(wěn)定性好、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、價(jià)格低廉，增強(qiáng)增韌抗老化性能納米TiO2的量子尺寸效應(yīng)不但使它對(duì)紫外光產(chǎn)生藍(lán)移現(xiàn)象，而且對(duì)各種波長(zhǎng)光的吸收帶有寬化現(xiàn)象，這使納米TiO2對(duì)紫外光有一定的吸收能力，導(dǎo)致聚合物/納米TiO2復(fù)合材料的抗老化能力增強(qiáng)。納米CaCO3CaCO3是塑料工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的填料之一，常用CaCO3的尺寸大約為1.0~50μm，用納米CaCO3，不僅有增白擴(kuò)容降低成本的作用，還有補(bǔ)強(qiáng)作用。多用于塑料、橡膠、紙張中。納米CaCO3對(duì)基體的增韌是通過(guò)提高材料抗沖擊裂紋開(kāi)裂應(yīng)力和促使基體屈服形變吸收沖擊能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。納米CaCO3在復(fù)合材料受到?jīng)_擊時(shí)能夠誘導(dǎo)基體發(fā)生屈服形變、吸收大量沖擊能，使材料由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂，從而實(shí)現(xiàn)增韌效果。納米復(fù)合塑料—復(fù)合效果（1）對(duì)塑料增強(qiáng)增韌作用無(wú)機(jī)填料優(yōu)點(diǎn)：降低制品成本，提高制品強(qiáng)度、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性缺點(diǎn)：破壞韌性，降低沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率橡膠彈性粒子優(yōu)點(diǎn)：提高韌性缺點(diǎn)：降低剛性增強(qiáng)纖維優(yōu)點(diǎn)：大幅度提高拉伸強(qiáng)度缺點(diǎn)：降低沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率

納米材料既增強(qiáng)又增韌，具有無(wú)機(jī)填料和橡膠粒子雙重作用

尼龍6納米塑料尼龍6是一種優(yōu)良的工程塑料，有良好的物理、機(jī)械性能。如拉伸強(qiáng)度高、耐磨性?xún)?yōu)異、抗沖擊韌性好、耐化學(xué)藥品和耐油性突出，但普通尼龍6吸水率高，在較強(qiáng)外力和加熱條件下剛性和耐熱性不好，制品穩(wěn)定性和耐熱性較差，故許多領(lǐng)域受到限制。尼龍6納米復(fù)合塑料具有優(yōu)異的性能及較高的性能價(jià)格比，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛?？芍圃炱?chē)零部件，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)有耐熱性要求的零件，還可用于待電子電器零部件、辦公用品、日用品等。納米尼龍６相對(duì)于傳統(tǒng)尼龍６的性能納米尼龍6相對(duì)于傳統(tǒng)尼龍6的性能熱變型溫度：可達(dá)150℃剛性上升：50-100%吸濕性降低：40%熱膨脹系數(shù)降低：50%阻氣性提升：４倍耐化性，耐磨，阻燃性提升結(jié)晶速率提升比重輕量化：比玻纖（35%）強(qiáng)化塑膠重量減少25%工程的應(yīng)用耐熱零組件較薄／較挺產(chǎn)品高尺寸安定性零組件高阻氣性包裝材料、容器阻燃性電子零組件增加射出成形產(chǎn)品產(chǎn)能輕量化降低成本25%

目前，豐田公司已成功地將Nylon6／Clay應(yīng)用到汽車(chē)上。通過(guò)共混、原位聚合、輻射聚合等方法將納米尺寸的無(wú)機(jī)粒子加入到高分子基體中，可以顯著的提高柔性高分子強(qiáng)度、模量等性能，是高分子材料改性的有效手段。使用納米尼龍可達(dá)輕量化且降低成本25%。尼龍6納米塑料PETPET作為工程塑料三大制約因素：熔體強(qiáng)度差、結(jié)晶速度慢、尺寸穩(wěn)定性差，故不能滿(mǎn)足工業(yè)上快速成型的要求。當(dāng)MMT組分以納米水平分散在PET基材中時(shí)，可顯著改善PET加工性能及制品性能。如中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所的漆宗能和燕山聚酯廠合作，已將PET／MMT納米復(fù)合材料制備成啤酒瓶，是我國(guó)第一批產(chǎn)業(yè)化的聚合物／粘土納米復(fù)合材料產(chǎn)品。PET納米復(fù)合材料有廣泛用途，如飛機(jī)上開(kāi)關(guān)、熔斷器、儀表板、座椅支架、繼電器，通訊業(yè)上接電板、電容器殼體，還有溫控開(kāi)關(guān)、變電器骨架、節(jié)能燈座等。PP納米材料對(duì)通用塑料的改性作用主要是：增韌作用、功能化作用、工程化作用。

PP/納米CaCO3PP/納米滑石粉

PP/納米蒙脫土PP/納米TiO2

PP/納米SiO2如將粒徑在10nm左右的二氧化鈦粉體與聚丙烯進(jìn)行熔融共混復(fù)合,得到的納米復(fù)合材料的彎曲模量和沖擊強(qiáng)度可以分別提高20％和40％，其熱變形溫度提高70℃。

納米材料改性PVC

PVC/納米CaCO3

PVC/納米粒子/炭黑－導(dǎo)電塑料納米材料改性PS

PS/納米CaCO3

納米蒙脫土插層改性PS納米TiO2改性PS納米材料改性PMMAPMMA/納米SiO2

PMMA/納米蒙脫土納米材料改性PTFE

PTFE/SiO2、PTFE/TiO2

、PTFE/ZrO2

、PTFE/Ai2O3

。納米材料改性PI

PI/納米SiO2納米材料改性環(huán)氧樹(shù)脂

EP/納米SiO2

、EP/納米粘土納米材料改性不飽和聚酯

UP/納米SiO2

納米材料改性聚氨酯

PU/MMT納米材料改性酚醛樹(shù)脂酚醛/納米碳粉（提高熱性能、力學(xué)性能、燒蝕性能）其他納米復(fù)合材料其他功能納米塑料納米導(dǎo)電塑料：聚吡咯/納米SiO2

聚乙烯吡咯烷酮/納米TiO2納米隱身吸波材料：