第六章納米復(fù)合材料應(yīng)用

第六章納米復(fù)合材料應(yīng)用第一頁，共69頁。

第二個階段是生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。在這個階段，納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)和納米復(fù)合材料的制造將達(dá)到實用化水平。其中包括從有機碳酸鈣中制取的有機納米材料，其強度將達(dá)到無機單晶材料的3000倍。該階段的市場規(guī)模在50億至200億美元之間。在第三個階段，大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能。這要求有高級的計算機設(shè)計／制造系統(tǒng)、目標(biāo)設(shè)計技術(shù)、計算機模擬技術(shù)和組裝技術(shù)等。該階段的市場規(guī)?？蛇_(dá)100億至1000億美元。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第二頁，共69頁。納米計算機將在第四個階段中得以實現(xiàn)。這個階段的市場規(guī)模將達(dá)到2000億至1萬億美元。在第五階段里，科學(xué)家們將研制出能夠制造動力源與程序自律化的元件和裝置，市場規(guī)模將高達(dá)6萬億美元。宰貝克斯公司認(rèn)為，雖然納米技術(shù)每個階段到來的時間有很大的不確定性，難以準(zhǔn)確預(yù)測，但在2010年之前，納米技術(shù)有可能發(fā)展到第三個階段，超越“量子效應(yīng)障礙”的技術(shù)將達(dá)到實用化水平。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第三頁，共69頁。納米復(fù)合材料的性質(zhì)納米復(fù)合塑料納米復(fù)合阻燃材料納米復(fù)合催化劑納米復(fù)合橡膠納米復(fù)合涂料納米復(fù)合纖維納米復(fù)合生物材料第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第四頁，共69頁。6.1納米復(fù)合材料的性質(zhì)納米復(fù)合材料具有無機材料的性質(zhì)、納米粒子的性質(zhì)和聚合物材料的性質(zhì)，因而具有其他材料所不具備的特別性質(zhì)。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五頁，共69頁。1.納米復(fù)合材料的催化性能納米復(fù)合材料催化劑是以聚合物為載體，以納米粒子為催化活性中心的高效催化復(fù)合體系，既能發(fā)揮納米粒子催化的高效性和高選擇性，又能通過高聚物的穩(wěn)定作用使之具有長效穩(wěn)定性。常用的納米粒子主要有金屬粒子（Pt、Rh、Ag、Pd、Ni、Fe、Co）以及一些金屬氧化物。納米TiO2是典型的具有光催化性能的納米粒子。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第六頁，共69頁。2.納米復(fù)合材料的高強度、高韌性納米微粒在提高復(fù)合材料強度下，對增韌機理的解釋：由于無機剛性粒子不會產(chǎn)生大的伸長變形，在大的拉應(yīng)力作用下，基體和填料會在納米微粒的界面首先產(chǎn)生界面脫粘，形成空穴，聚合物分子鏈纖維化，其局部區(qū)域可產(chǎn)生屈服提前現(xiàn)象。應(yīng)力集中產(chǎn)生屈服和界面脫粘都需要消耗更多的能量，這就是無機剛性粒子的增韌作用。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第七頁，共69頁。眾多的研究表明，只有超細(xì)的無機填料才能對塑料基體有效增韌，因為小粒子的無機粒子表面缺陷少，非配對原子多，比表面積大，與聚合物發(fā)生物理化學(xué)結(jié)合的作用能強，粒子與基體間的界面粘結(jié)可承受更大的載荷，從而達(dá)到既增強又增韌的目的。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第八頁，共69頁。3.納米復(fù)合材料的電磁性利用納米粒子的電學(xué)性質(zhì)，使納米復(fù)合材料具有導(dǎo)電性，而在納米材料良好的分散狀態(tài)下，少量的納米材料就能發(fā)揮巨大的性能。例：抗靜電材料納米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半導(dǎo)體特性的氧化物粒子制成具有良好靜電屏蔽的涂料；化纖制品中加入金屬納米粒子可以解決其靜電問題，提高安全性。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第九頁，共69頁。4.納米復(fù)合材料的光學(xué)性質(zhì)①優(yōu)異的光吸收材料納米粒子的量子尺寸效應(yīng)等使它對某種波長的光吸收帶有藍(lán)移現(xiàn)象和寬化現(xiàn)象。將納米粒子分散到樹脂中制成膜狀，膜對紫外線的吸收就取決于納米粒子的尺寸和數(shù)量。30～40nm的TiO2樹脂膜對<400nm的紫外光有吸收30～40nm的Fe2O3樹脂膜對<600nm的紫外光有吸收最近發(fā)現(xiàn)，納米Al2O3對<250nm的紫外光有吸收第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第十頁，共69頁。人體釋放的紅外線大約在4～6微米的中紅外頻段，如果不對這個頻道的紅外線進行屏蔽，就很容易被中紅外探測器所發(fā)現(xiàn)。將能夠吸收紅外線的納米材料填充到纖維中做成屏蔽服，降低被探測性。這類納米粒子是納米Al2O3、納米TiO2、納米SiO2、納米Fe2O3的復(fù)合粉。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第十一頁，共69頁。②軍事隱身材料軍事上的探測器主要有雷達(dá)和紅外探測器等。以納米金屬碳化物TiC等為填充物合成納米復(fù)合材料，用于制造隱身材料在隱身技術(shù)上占有重要地位。在飛機外表涂上上述納米材料，則可實現(xiàn)隱身效果。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第十二頁，共69頁。隱身原因：（1）納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規(guī)材料要強的多，這就大大減少波的反射率，使得探測器收到的反射信號變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用。（2）納米材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3～4個數(shù)量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大的多，這就使得探測器收到的反射信號強度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標(biāo)，從而達(dá)到隱身的作用。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第十三頁，共69頁。③其它的光學(xué)性質(zhì)TiO2、WO3、CdS納米粒子/聚苯胺構(gòu)成光致變色體系，用于光記錄。TiO2納米粒子/聚對苯乙炔制備固體高聚物激光二極管等。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第十四頁，共69頁。5.納米復(fù)合材料智敏性納米復(fù)合材料的納米粒子對環(huán)境具有很強的敏感性，可以用在敏感材料。環(huán)境溫度、氣氛、光、濕度等的變化不僅引起粒子電學(xué)、光學(xué)等行為的變化，而且納米粒子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化，引起粒子協(xié)同效能的變化，因此可以利用納米粒子制成敏感度高的各種類型的傳感器。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第十五頁，共69頁。6.2納米復(fù)合塑料

是指無機填充物以納米尺寸分散在塑料基體中形成的納米復(fù)合材料。納米材料對塑料的復(fù)合效果主要表現(xiàn)為：①對塑料的增韌增強作用②改善塑料的抗老化性納米材料具有很強的吸收紫外光的作用，對塑料基體具有紫外光屏蔽作用，防止塑料光輻射老化，提高塑料的使用壽命。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第十六頁，共69頁。③賦予塑料的功能性納米材料具有的功能性將使塑料功能化，如抗菌殺菌納米復(fù)合塑料、抗靜電納米復(fù)合塑料、自清潔納米復(fù)合塑料等。納米復(fù)合塑料具有一般工程塑料所不具備的優(yōu)異性能，因此是一種全新的高技術(shù)新材料，具有廣闊的商業(yè)開發(fā)和應(yīng)用前景。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第十七頁，共69頁。1.熱塑性納米復(fù)合塑料熱塑性納米復(fù)合塑料的成型工藝是納米填充物與熱塑性樹脂混合、擠出、成型，由于納米材料的團聚特性，納米相材料的彼此結(jié)合力大，普通的塑料擠出機，即使是雙螺桿擠出機也很難使整體的復(fù)合材料達(dá)到無機相納米級的分散程度。因此，納米復(fù)合材料的發(fā)展，不僅要發(fā)展材料的品種，更要發(fā)展納米復(fù)合材料的加工工藝。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第十八頁，共69頁。聚丙烯聚丙烯是應(yīng)用范圍很廣的聚烯烴材料之一，通過在聚丙烯中引入無機納米相微粒，以達(dá)到在力學(xué)性質(zhì)上改性聚丙烯的目的。無機納米微粒主要有插層的粘土、填充的納米微粒（納米CaCO3、納米SiO2等）。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第十九頁，共69頁。粘土對聚丙烯的改性聚丙烯與3種有機粘土復(fù)合形成的插層復(fù)合材料第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第二十頁，共69頁。如上表所示，添加0.5%～4%改性蒙脫土的聚丙烯，其抗沖擊性能已經(jīng)大幅提高，同時彈性模量和強度也明顯提高。上表說明，聚丙烯粘土復(fù)合材料的力學(xué)性能主要取決于粘土的性質(zhì)，實驗證明蒙脫土和云母雖然沒有明顯的層間距擴大現(xiàn)象，它們的片層具有較高的硬度，對復(fù)合材料性能的提高具有較大的貢獻。當(dāng)然，如果蒙脫土和云母的片層發(fā)生剝離，對聚丙烯的力學(xué)性質(zhì)將會有更大的貢獻。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第二十一頁，共69頁。有機化粘土對聚丙烯的親和性并不是很好，復(fù)合材料的損耗模量峰強度因粘土的存在而減弱。利用粘土層間的極性羥基，在聚丙烯插層時引入官能化的聚丙烯預(yù)聚物，怎能明顯體提高聚丙烯與粘土的親和性，達(dá)到有效改性聚丙烯的目的。以馬來酸酐改性聚丙烯預(yù)聚物作為聚丙烯與粘土的增溶劑，粘土片層間距因此而有了較大的擴展，在一定粘土含量的范圍內(nèi)，粘土均能以納米級片層均勻擴散在聚丙烯基體中。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第二十二頁，共69頁。由于納米級的分散狀態(tài)，聚丙烯復(fù)合材料的拉伸強度、楊氏模量等隨著增溶劑馬來酸酐改性聚丙烯預(yù)聚物的增加而增加，復(fù)合材料的玻璃化溫度都相當(dāng)提高。無增溶劑的聚丙烯插層復(fù)合材料雖然相對聚丙烯在力學(xué)性能上有所提高，但不及增溶劑存在明顯。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第二十三頁，共69頁。填充改性聚丙烯對填充型聚丙烯納米復(fù)合材料來講，納米粉體對聚丙烯的分散能力是獲得復(fù)合材料高性能的關(guān)鍵因素。要對填充的納米粉體材料進行表面改性，以增強納米粉體材料在聚丙烯基體中的分散能力，提高納米粉體與聚丙烯基體的親和性。納米CaCO3粉體填充聚丙烯時，以鈦酸酯偶聯(lián)劑出來納米CaCO3，與聚丙烯混合在雙螺桿擠出機擠出造粒，然后注射成型。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第二十四頁，共69頁。通過拉伸強度、沖擊強度、差熱分析、結(jié)晶速率等實驗參數(shù)的測定，結(jié)果表明，由于CaCO3在聚丙烯基體中納米CaCO3的聚集體大小是130nm左右，這種納米聚集體雖然對聚丙烯的拉伸強度影響不大，但對沖擊強度影響較大，在低溫時增韌效果更好。納米CaCO3含量為3%～5%時，沖擊強度提高了20%，熔融熱晗測試表明，這個區(qū)間的熔融熱晗數(shù)值較低。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第二十五頁，共69頁。2.熱固性納米復(fù)合材料（環(huán)氧樹脂）環(huán)氧樹脂是從環(huán)氧化合物衍生而來的低聚物或聚合物，通過各種與環(huán)氧基反應(yīng)的交聯(lián)劑的固化作用形成體型材料。環(huán)氧樹脂基體材料強度高、耐水性耐堿性好、固化收縮率低，具有優(yōu)良的機械、電氣、化學(xué)、粘接性能，被廣泛應(yīng)用于粘合劑、涂料、復(fù)合材料等方面。環(huán)氧樹脂基納米復(fù)合材料的制備方法主要有：溶液混合法、插層法。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第二十六頁，共69頁。溶液混合法溶液混合法就是將表面改性的納米粉體填充于環(huán)氧樹脂中，借助機械攪拌或者超聲分散，促使納米粉體分散均勻。在隨后的固化劑作用下，固化成型得到復(fù)合材料。環(huán)氧樹脂的室溫粘度較大，一般在高于室溫30～60℃下進行混合分散，以有利于納米粉體在環(huán)氧樹脂中分散均勻。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第二十七頁，共69頁。填充型復(fù)合材料具有良好的力學(xué)強度和韌性。通過溶液共混法，用超聲波分散納米SiO2，以甲基四氫苯酐為固化劑，制備了E-44環(huán)氧樹脂/SiO2復(fù)合材料，其力學(xué)性能如右表所示。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第二十八頁，共69頁。從表中看出，在一定范圍內(nèi)，隨著納米SiO2用量的增加，所得到的復(fù)合材料的沖擊強度、拉伸強度和斷裂伸長率逐漸增加，當(dāng)納米SiO2含量為3%時，環(huán)氧樹脂復(fù)合材料比純E-44環(huán)氧樹脂的沖擊強度提高了124%，拉伸強度提高了30%，斷裂伸長率提高了18%。以上的數(shù)據(jù)是只有保證納米SiO2在E-44環(huán)氧樹脂中以納米級分散狀態(tài)，才有既增強又增韌的效果，否則納米粉體發(fā)生聚集，形成宏觀聚集體，容易在環(huán)氧樹脂基體內(nèi)造成缺陷，使復(fù)合材料失去上述效果。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第二十九頁，共69頁。插層法插層法制備環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料就是將環(huán)氧樹脂與有機粘土混合、加熱攪拌，利用粘土層間的空隙，環(huán)氧樹脂分子鏈插入到片層間，將粘土間距擴大。在固化劑作用下，環(huán)氧樹脂固化成型，化學(xué)反應(yīng)熱進一步促使粘土層間距擴大，形成環(huán)氧樹脂插層型或剝離型納米復(fù)合材料。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第三十頁，共69頁。目前，對環(huán)氧樹脂插層復(fù)合材料的性能研究主要限于力學(xué)性能和熱性能，研究結(jié)果表明，少量粘土的加入使材料的這些性能得到不同程度的提高，但效果一般不如粘土改性熱塑性塑料那么突出。環(huán)氧樹脂插層復(fù)合材料的熱力學(xué)性能研究表明：復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)降低，熱畸變溫度提高。這為開發(fā)研究工程型環(huán)氧樹脂插層復(fù)合材料提高了可能。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第三十一頁，共69頁。3.功能性納米復(fù)合塑料①抗菌塑料抗菌塑料是指塑料本身具有抗菌性，可以在一定時間內(nèi)將沾污在塑料上的細(xì)菌殺死并抑制細(xì)菌生長。在歐美一些發(fā)達(dá)國家，人們早已在電話機聽筒、電腦鍵盤、公交車的扶手等器具上或多或少地使用了抗菌塑料，目前抗菌塑料已開始用于大型家電、通訊器材、汽車制造等方面。

第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第三十二頁，共69頁。塑料能抗菌，是因為在其生產(chǎn)過程中添加了抗菌劑。用這種方法抗菌劑的用量大，使成本提高。為了降低成本，可將顆粒極細(xì)的抗菌劑制成噴霧液，噴涂于塑料模具表面，在成型過程中抗菌劑滲入塑料制品的表面，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，使抗菌劑與塑料制品結(jié)合起來。

用于塑料的抗菌劑分為有機、無機和天然三大類。有機抗菌劑以有機酸、酚、醇為主要成分，殺菌力強，即效性好，但加工中會產(chǎn)生刺激性氣味，在塑料中易遷移，耐熱性差。

第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第三十三頁，共69頁。天然和高分子類抗菌劑也由于耐熱性差、加工困難等因素未在塑料中形成大規(guī)模應(yīng)用。這些抗菌劑與無機類抗菌劑復(fù)合使用，可以結(jié)合二者的優(yōu)點，既具有有機類的即效性、持續(xù)性，又具有無機抗菌劑的安全性和耐久性。無機類抗菌劑是將銀、銅、鋅等本身具有抗菌能力的金屬或金屬離子負(fù)載于無機物載體上，通過載體的緩釋來實現(xiàn)抗菌。其載體主要是沸石、二氧化鈦、磷酸鋯、硅膠等。由于銀離子的毒性很小，抗菌能力強，而且在人體內(nèi)難于積累，因此目前已經(jīng)商品化，銀系抗菌劑成為應(yīng)用最為廣泛的抗菌劑。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第三十四頁，共69頁。從發(fā)展前景來看，采用納米技術(shù)改性的無機抗菌劑最為人們所青睞。這類抗菌劑由于粒徑超細(xì)，增加了與細(xì)菌的接觸面積，同時可穿透細(xì)菌的細(xì)胞壁進入細(xì)胞體內(nèi)，破壞細(xì)胞合成酶的活性，使細(xì)胞喪失分裂增殖能力而死亡。因此，功能性納米無機抗菌劑具有極其優(yōu)異的抗菌效率，且安全無毒、時效長、緩釋效果好，具有普通銀系抗菌劑所不能比擬的

光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。近年來，采用納米半導(dǎo)體粒子的光催化效應(yīng)殺菌的技術(shù)有所進展。這種抗菌劑的最大特點在于不但能將細(xì)菌殺死，而且能夠?qū)⒂袡C物徹底降解，從而避免了“白色污染”。

第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第三十五頁，共69頁。②導(dǎo)電塑料在納米技術(shù)的開發(fā)上，導(dǎo)電塑料可能是最佳材料。目前，導(dǎo)電塑料的發(fā)明人之一、美國物理學(xué)家馬克迪爾米德教授正在著手研究導(dǎo)電塑料與納米技術(shù)的結(jié)合運用。即將傳統(tǒng)的導(dǎo)電材料與導(dǎo)電纖維靜電編織起來，制造出納米級纖維和納米電子線路。眾所周知，人的頭發(fā)直徑是5萬納米，而馬克迪爾米德教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正在研制的納米材料聚苯胺纖維的直徑僅為100納米，這是目前世界上最細(xì)的纖維，僅有頭發(fā)絲直徑的1/500。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第三十六頁，共69頁。6.3納米復(fù)合阻燃材料阻燃塑料是指具有一定阻燃性能的塑料。在開發(fā)的阻燃型納米復(fù)合材料中主要有阻燃聚酰胺類和聚乙烯類。近年來，世界各國對聚酰胺和聚乙烯品種進行了大量的改性工作，隨著性能的改進，其用途也越來越廣。

第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第三十七頁，共69頁。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用阻燃型聚酰胺材料應(yīng)用比例第三十八頁，共69頁。聚乙烯特別是超高分子量聚乙烯是一種具有優(yōu)異的耐磨性和抗沖擊性、卓越的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性、優(yōu)良的抗應(yīng)力龜裂性和耐疲勞性。但耐燃性差，近幾年為擴大超高分子量聚乙烯應(yīng)用范圍，阻燃型聚乙烯材料發(fā)展強勁。阻燃材料實現(xiàn)的途徑：使用添加型阻燃劑使用反應(yīng)型阻燃劑第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第三十九頁，共69頁。①使用添加型阻燃劑通過機械混合的方法，將阻燃劑加入到聚酰胺中，使其獲得阻燃性能，這是目前目前獲得材料阻燃性的主要方法。②使用反應(yīng)型阻燃劑阻燃劑作為一種反應(yīng)單體參加反應(yīng)，并結(jié)合到聚合物的主鏈或側(cè)鏈中，是聚酰胺本身含有阻燃成分。其特點是穩(wěn)定性好，毒性小，阻燃性長久，但合成工藝復(fù)雜，具體操作難度大，在實際應(yīng)用中不如①普遍。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第四十頁，共69頁。阻燃聚合物材料的發(fā)展方向：①高效阻燃材料少用或不用含鹵阻燃劑，代之以磷、氮阻燃劑和氧化物系列、氫氧化物系列阻燃劑。②復(fù)合阻燃材料將多種阻燃劑復(fù)配，發(fā)揮阻燃劑間的協(xié)同作用，達(dá)到降低阻燃劑用量，提高阻燃性能的目的。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第四十一頁，共69頁。③納米復(fù)合阻燃材料將傳統(tǒng)的無機阻燃劑納米化，以納米級Sb2O3為載體，經(jīng)表面改性可制成高效的阻燃劑，其氧指數(shù)是普通阻燃劑的數(shù)倍。另一種納米復(fù)合阻燃材料是插層復(fù)合塑料，以粘土通過改性聚酰胺，賦予聚酰胺強勁的阻燃性能。插層型復(fù)合材料有可能成為新一代阻燃高分子材料，重點發(fā)展的是聚酰胺（尼龍）插層粘土所得的納米復(fù)合阻燃劑。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第四十二頁，共69頁。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第四十三頁，共69頁。粘土含量為2%和5%的粘土/尼龍6納米復(fù)合材料的熱釋放速率峰值比尼龍6分別下降32%和63%，熱釋放速率平均值可降低35%～50%，這兩項值得降低，表明材料阻燃性的提高。納米分散的粘土復(fù)合材料的阻燃性欲宏觀分散的復(fù)合材料不同，其機理可能是：由于聚合物基體與蒙脫土片層的良好結(jié)合，通過控制納米硅酸鹽片層的平面取向，納米塑料制品表現(xiàn)出良好的尺寸穩(wěn)定性和氣體阻隔性。這種結(jié)構(gòu)是良好的絕緣體和傳質(zhì)屏障，可減緩聚合物分解所生成的揮發(fā)性產(chǎn)物的溢出。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第四十四頁，共69頁。6.4納米復(fù)合橡膠納米復(fù)合橡膠的制造方法主要有那么粉體材料對橡膠體的填充法、橡膠體對粘土的插層法、原位形成納米相的溶膠-凝膠法等。具有商業(yè)趨勢的是前2種。1.填充法利用高分散性納米粉體材料與橡膠混合，在普通混煉機上進行混煉，只有能夠到達(dá)納米級分散，就能達(dá)到納米粉體對橡膠的增強作用。常用的納米粉體：SiO2、ZnO、CaCO3、TiO2等。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第四十五頁，共69頁。還有一種納米丙烯酸金屬鹽作為填充材料。以丙烯酸金屬鹽復(fù)合橡膠制備納米復(fù)合橡膠，是填充法中很重要的一個方面。丁腈橡膠中填充30份甲基丙烯酸鋅，其硫化膠拉伸強度可達(dá)55Mpa左右，這是除短纖維復(fù)合橡膠之外最高的橡膠強度。丙烯酸金屬鹽對橡膠的增強作用是一般助交聯(lián)劑所不具備的。目前，在橡膠交聯(lián)過程中，丙烯酸金屬鹽在橡膠基質(zhì)中能夠原位生成納米粒子（聚丙烯酸金屬鹽），從而對橡膠產(chǎn)生優(yōu)異的納米增強效果。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第四十六頁，共69頁。納米粒子的生成過程：甲基丙烯酸鋅在過氧化物的作用下，一方面發(fā)生自聚，形成納米級聚甲基丙烯酸鋅粒子。在自聚同時，與橡膠大分子產(chǎn)生接枝和交聯(lián)。TEM觀察表明，丁腈橡膠中聚甲基丙烯酸鋅的原生粒子直徑為2nm，它們聚集成十幾到幾十納米的聚集體。原生粒子極小的直徑和與橡膠大分子間的化學(xué)鍵合是丙烯酸金屬鹽對橡膠起增強作用的主要原因。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第四十七頁，共69頁。丙烯酸金屬鹽與橡膠有一定的相容性，可產(chǎn)生增塑作用，且其初始粒徑為微米級，因而復(fù)合材料的加工性能較好。

由于極性和交聯(lián)密度的提高，納米丙烯酸金屬鹽填充的橡膠具有比較優(yōu)異的耐油性和耐熱性。在特種橡膠制品領(lǐng)域，其綜合優(yōu)勢是炭黑和白炭黑所無法比擬的。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第四十八頁，共69頁。2.插層法插層法有2種形式：①橡膠前驅(qū)體的插層聚合這種方法能夠克服橡膠的分子鏈段相互作用對粘土插層所產(chǎn)生的障礙，例如苯乙烯、丁二烯對粘土插層、原位自由基聚合，就能得到丁苯橡膠/粘土納米復(fù)合材料。雖然這種方式能夠保證納米級的分散，但距工業(yè)實施還有很多工作要做。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第四十九頁，共69頁。②橡膠彈性體乳液插層聚合物乳液插層時已經(jīng)講過3.溶膠-凝膠法在純橡膠硫化膠中以浸泡法滲透進納米粒子前驅(qū)體，在一定條件下進行溶膠-凝膠反應(yīng)，反應(yīng)后減壓干燥，即可得到基質(zhì)為硫化膠、分散質(zhì)為原位生成的納米相無機粒子的復(fù)合橡膠。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五十頁，共69頁。4.納米復(fù)合橡膠的性能（加工性能）納米微粒的引入，橡膠的加工性能有所改變。插層復(fù)合橡膠在塑煉時，包輥性能好，膠料塑性好，混亂時間短，具有良好的塑煉加工性能。溫度對復(fù)合材料的粘度影響不大，特別是高剪切速率時，粘度幾乎沒有變化，因此，不會因溫度的變化而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。在相同的條件下，粘土復(fù)合橡膠的擠出性能比炭黑填充橡膠要好，制品擠出膨脹比小，制品外觀光滑。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五十一頁，共69頁。5.納米復(fù)合橡膠應(yīng)用在橡膠行業(yè)，通常都是加入炭黑來提高制品的強度、耐磨度和抗老化性。因一直找不到合適的材料替代炭黑作為補強劑和抗老化劑，所以過去研究出來的非炭黑補強的橡膠制品的強度、抗老化性比較差。納米材料的一個主要特性就是超常規(guī)物性，應(yīng)用納米材料與橡膠復(fù)合，開發(fā)出新一代高性能橡膠制品，如納米ZnO作為橡膠的無機活性劑，應(yīng)用到橡膠鞋底生產(chǎn)，用量不僅比普通ZnO少1/3，而且耐高溫、耐老化第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五十二頁，共69頁。在橡膠原料中加入少量納米SiO2，鞋底的韌性、強度、伸長率、抗折性、耐高溫、耐老化等性能大大超出原料。這些納米復(fù)合橡膠可用于防水建材、體育場地、氣密性好的輪胎等。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五十三頁，共69頁。6.5納米復(fù)合涂料利用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)涂料產(chǎn)業(yè)是迅速提高涂料質(zhì)量、更新涂料品種的重要手段，用納米結(jié)合傳統(tǒng)涂料制造納米復(fù)合涂料是涂料發(fā)展的重要方向。納米復(fù)合涂料就是將納米粉體用于涂料中所得到的一類具有抗輻射、耐老化與剝離強度高或具有某些特殊功能的涂料。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五十四頁，共69頁。1.納米復(fù)合涂料分類：納米改性涂料利用納米粒子的某些功能對現(xiàn)有涂料進行改性，提高涂料的性能。納米結(jié)構(gòu)涂料完全由納米粒子組成的納米涂層材料。這是新發(fā)展的功能性涂料，主要限于軍事隱形涂料、抗靜電涂料、抗菌涂料第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五十五頁，共69頁。國內(nèi)外對功能型納米復(fù)合涂料的應(yīng)用性研究十分活躍，已有商品化產(chǎn)品出售，所生產(chǎn)的涂料大多作為特種涂料或高附加值的高檔涂料。我國生產(chǎn)納米粉體的企業(yè)不少，但是真正研究開發(fā)成功的并不多，尚未獲得實踐應(yīng)用。2.比較有名的幾個涂料企業(yè)哈爾濱鑫科納米科技發(fā)展有限公司將納米鈦與樹脂化合后生成的多種全新涂料，具有多種同類產(chǎn)品無法比擬的優(yōu)越性。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五十六頁，共69頁。首先是耐腐蝕，用其涂覆的物品既能耐沸水，又能在海水中浸泡10年不壞，是目前海洋船體防腐蝕涂料中最具發(fā)展前景的。其次，涂層的硬度和耐磨性顯著提高，它還有神奇的自修復(fù)能力，可作為金屬、非金屬材料通用的修補劑。南京化工大學(xué)與河海納米科技公司合作開發(fā)了,種納米內(nèi)墻涂料。①持久釋放負(fù)離子，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的功能；②可吸收空氣中異味（如室內(nèi)裝修后的甲醛、煙味）③凈化空氣，具有抗菌、防霉、輻射遠(yuǎn)紅外及保健功能。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五十七頁，共69頁。納美公司是注冊于中關(guān)村高科技園區(qū)的新技術(shù)企業(yè)。該公司生產(chǎn)的納米系列涂料已大量應(yīng)用于北京住宅區(qū)的外墻粉刷，效果良好。在首體改造工程中，使用納米涂料1700t，涂刷6萬m2。3.功能性涂料實例抗菌抗污涂料有人做了一種涂料，里邊無機納米粉體對微生物細(xì)胞具有很強的庫侖力，銀離子對牢固吸附的細(xì)胞具有強穿透力，銀離子能夠穿透細(xì)胞壁進入細(xì)胞核內(nèi)，第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五十八頁，共69頁。破壞細(xì)胞合成酶的活性，細(xì)胞喪失分裂增殖能力而死亡。試驗表明，涂料對白色念珠菌抑菌率達(dá)100%，故這種涂料具有凈化居住環(huán)境的能力。納米抗靜電涂料為了改善靜電屏蔽涂料的性能，誕生了納米抗靜電涂料，這種涂料具有良好的靜電屏蔽效果。所應(yīng)用的納米微粒有Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物在常溫下具有比常規(guī)的氧第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第五十九頁，共69頁?；锔叩膶?dǎo)電特性，因而能起到靜電屏蔽的作用。同時，納米粒子的顏色不同，生產(chǎn)的涂料的顏色也可不同，避免單一的顏色。其它種類涂料防紫外線涂料、建筑涂料、激光涂料等等。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第六十頁，共69頁。6.6納米復(fù)合生物材料自然界生物的很多器官本身就是天然的高分子納米復(fù)合材料，在生物體上認(rèn)識天然的納米復(fù)合材料和利用人工合成的納米復(fù)合材料，是非常有現(xiàn)實意義的。生物材料要求必須具有良好的生物相容性、可吸收性、無毒和無蓄積性。它是以醫(yī)用為目的，用于和活體組織接觸，且具有功能的無生命材料。生物材料包括金屬材料、無機材料和有機材料3大類。第六章納米復(fù)合材料的應(yīng)用第六十一頁，共69頁。應(yīng)用納米技術(shù)制成的納米金屬和納米生物材料具有許多令人驚奇的特性。如納米金屬毒性低，其傳感特性和彈性模量可接近正常的天然生物組織，可使細(xì)胞在其表面生長，并具有修復(fù)病變組織的功能。在醫(yī)學(xué)方面，納米技術(shù)提供的可塑性納米溶膠制劑超越了外科植入手術(shù)的