尼龍納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展

尼龍納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展摘要本文綜述了近年來尼龍納米復(fù)合材料的的制備方法、結(jié)構(gòu)和性能等研究方面所取得的進(jìn)展情況。重點說明了尼龍/無機(jī)物、尼龍/碳納米管等尼龍納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能；最后指出了今后尼龍納米復(fù)合材料的應(yīng)用前景和方向。關(guān)鍵詞尼龍，納米復(fù)合材料，制備，性能尼龍即聚酰胺纖維，簡稱PA，韌性角狀的乳白色或半透明結(jié)晶性樹脂，是一種綜合性能優(yōu)良的工程塑料，產(chǎn)量在世界五大工程塑料中居首位。PA種類很多，主要有PA6、PA66、PA11、PA12和PA1010，另外還有新品種PA6I、PA9T和特殊PAMXD6等[1]。PA具有良好的機(jī)械物理性能及優(yōu)越的性價比，如自潤滑性能好、強(qiáng)度高、耐磨、耐溶劑等，廣泛應(yīng)用于紡織、造船、汽車制造、航空航天、醫(yī)療器械和精密儀器儀表等領(lǐng)域[2]。但PA也存在不足處，其酰胺極性基團(tuán)導(dǎo)致吸水率大，耐低溫和干態(tài)沖擊強(qiáng)度低，不耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿，抗蠕變性能差、尺寸穩(wěn)定性差和易燃燒等缺陷，對其應(yīng)用起到了很大限制作用[3]。為了不斷提高性能，擴(kuò)大PA應(yīng)用領(lǐng)域，需要對其進(jìn)行改性處理。近年來PA的改性領(lǐng)域研究主要是向高沖擊、高剛性、高耐磨性、低吸水性、和優(yōu)化加工性能等高性能、高品質(zhì)方向發(fā)展。其中利用納米技術(shù)進(jìn)行改性研究又是最主要的發(fā)展方向之一。1尼龍納米復(fù)合技術(shù)1.1尼龍納米復(fù)合技術(shù)概述尼龍納米復(fù)合材料是第一類工業(yè)化的聚合物納米復(fù)合材料，被美國材料學(xué)會譽(yù)為“21世紀(jì)最有發(fā)展前途的新興材料”，具有高強(qiáng)度、耐熱性、高阻隔性和加工性能好等優(yōu)點，廣泛受到科學(xué)界和工業(yè)界的高度關(guān)注，成為化學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)和現(xiàn)代儀器學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域研究的熱點[4]。納米復(fù)合材料是指分散相尺度在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1～100nm量級)的一類復(fù)合材料，具有優(yōu)良的特殊效應(yīng)，其比表面積大，與聚合物間的作用點多，并具有宏觀量子隧道效應(yīng)，改性效果好[5-6]。但納米顆粒的高比表面積產(chǎn)生的強(qiáng)界面作用易使其凝聚而難以在聚合物中保存和穩(wěn)定分散，因此需采用分散劑使其優(yōu)異性能在聚合物中發(fā)揮出來，才能獲得性能良好的復(fù)合材料[7]。1.2尼龍納米復(fù)合材料的制備方法通常，通過納米填充物生產(chǎn)納米復(fù)合材料的方式主要包括直接共混法、溶膠-凝膠法、插層復(fù)合法和原位聚合法等[8]。共混法是將不種形態(tài)的納米粒子通過各種有效方式與聚合物基體混合制備成納米復(fù)合材料，又可分為溶液(或乳液)共混、熔融共混和機(jī)械共混等方法。共混法較為簡單，缺點是很難實現(xiàn)納米粒子以原生態(tài)形式均勻分散在聚合物基體中。溶膠-凝膠法是將化合物經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)熱處理成為氧化物或其它固體化合物的方法。但因溶劑易揮發(fā)，會使材料收縮而脆裂，且諸如甲苯、氯仿、乙腈等溶劑對環(huán)境有用，形成基于共價鍵和氫鍵連接的一種界面層結(jié)構(gòu)，可有力提高復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，但對缺口沖擊強(qiáng)度的影響不明顯。并且隨著納米SiO2含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量逐漸提高。3PA/碳納米管復(fù)合材料碳納米管（CNTs）是一種結(jié)構(gòu)材料和功能材料，具有高輕度、高彈性模量及納米尺寸，其碳原子之間存在三種原子力：δ鍵、C-C鍵之間的π鍵及多壁碳納米管層與層之間的相互作用力[21]。CNTs的膨脹系數(shù)比高于蒙脫土填充物材料，PA/CNTs復(fù)合材料具備良好的導(dǎo)電性、熱傳導(dǎo)性和超強(qiáng)力學(xué)性能，可望用于汽車、飛行器、電子機(jī)械制造等領(lǐng)域。邱麗等[22]用熔融共混法制成CNTs/PA66復(fù)合材料，分析結(jié)果表明，CNTs均勻分布在PA66基體中，且界面結(jié)合力強(qiáng)，復(fù)合材料的熔融峰溫度略為降低，結(jié)晶峰溫度增加，硬度和彈性模量增加。張玲等[23]利用靜電相互作用在玻璃纖維(GF)表面分別復(fù)合納米SiO2和多壁碳納米管(MWNTs)，成功制備了PA6/GF-SiO2和PA6/GF-MWNTs復(fù)合材料。結(jié)果顯示，納米SiO2和MWNTs復(fù)合增強(qiáng)體能加快PA6的結(jié)晶速度，并明顯提高玻璃化溫度、動態(tài)模量拉伸強(qiáng)度和結(jié)晶溫度等，其中GF-MWNTs對復(fù)合材料性能的提高作用最明顯。李宏偉等[24]用原位聚合法制備PA6/MWNTs復(fù)合材料，動力學(xué)分析顯示MWNTs有承和作用，可提高PA6的結(jié)晶溫度。王國建等[25]用原位聚合法制備了CNTs/PA66復(fù)合材料，證明復(fù)合材料的結(jié)晶速率、結(jié)晶溫度和結(jié)晶完整性得到提高。4其他納米填充物另外還有一些納米填充物正在調(diào)研中，例如片狀石墨、碳納米纖維、合成黏土、天然纖維（大麻、亞麻）和納米復(fù)合光電薄膜（POSS）等。它們或多或少可以與上述幾種填充物互補(bǔ)，像纖維增強(qiáng)材料可大幅度地提高基體的剛性和強(qiáng)度等。瞿超等[26]用聚四氟乙烯（PTFE）和二硫化鉬（MoS2）填充PA1010，結(jié)果表明，隨著PTFE含量越低、MoS2含量越高，復(fù)合材料的摩擦磨損性能更好。為了獲得更優(yōu)良的尼龍復(fù)合材料，可通過幾種不同類型的填充物混雜增強(qiáng)。6結(jié)語隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和塑料工業(yè)的發(fā)展，人們對PA結(jié)構(gòu)和功能的要求必將越來越高。采用各種改性方法制備高性能PA納米復(fù)合材料的理論研究和應(yīng)用前景十分廣闊。今后。應(yīng)進(jìn)一步探索和大力開發(fā)更多更優(yōu)良的制備PA納米復(fù)合材料的新方法和新工藝，使PA納米復(fù)合材料向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]王會陽，李承宇.微納米顆粒填充尼龍復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能研究進(jìn)展[J].塑料科技，2011，39（3）：84-88[2]尼龍66/無機(jī)物納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].陳興華，李躍文.化工與材料，2007，6(6)，23-24[3]李興田.聚酰胺6納米復(fù)合材料的新進(jìn)展[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2001，22（2）：29-30.[4]盧會敏，李小紅，徐翔民，等.尼龍納米復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].2006，11：63-68[5]葛世榮，王慶良，李凌，等.納米TiO2和SiO2填充尼龍的摩擦磨損行為[J].摩擦學(xué)學(xué)報，2004,24(2):152-155.[6]黃麗丹，林志勇，錢浩.尼龍6納米復(fù)合材料研究進(jìn)展[J].2005，33（2）：64-66[7]吳敏,程秀萍,葛明橋.納米SiO2的分散研究[J].紡織學(xué)報,2006,27(4):80-82.[8]王世敏，許祖勛，傅晶，等．納米材料制備技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：220-232[9]楊小燕.尼龍6/納米復(fù)合材料研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2005，26（6）：17-21[10]GallegoR,GarciaLopezD,LopezQuintanaS,etal.TougheningofPA6/mEPDMblendsbytwomethodsofcompounding,extuderandinternalmixer:Rheological,morphologicalandmechanicalcharacterization[J].PolymerBulletin,2008,60(5):665-675[11]劉生鵬，金晶，危淼，等.原位聚合制備尼龍6/氫氧化鎂納米復(fù)合材料[J].化學(xué)與生物工程.2011,28(2)：20-23[12]趙才賢，張平，陸紹榮，等.原位聚合法制備PA6/SiO2納米復(fù)合材料[J].高分子材料科學(xué)與工程，2007，23(1)：218-221[13]PengHong-dan,ShenLu,etal.PreparationandmechanicalpropertiesofexfoliatedCoAllayereddoublehydroxide(LDH)/polyamide6nanocompositesbyinsitupolymerization[J].CompositesScienceandTechnology,2009,69(78):991-996[14]張躍,陳英斌,劉建武，等.聚丙烯腈基碳纖維的研究進(jìn)展[J].纖維復(fù)合材料,2009,(1):7-10.[15]楊鳳，趙海超，張學(xué)全，等.原位聚合制備聚乙烯／蒙脫-E(MMT)納米復(fù)合材料的研究[J]．高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報，2003，24(4)：77[16]馬寧，劉凱，劉芬，等.尼龍66/蒙脫土納米復(fù)合材料的制備及其電性能[J].武漢科技學(xué)院學(xué)報，2009,22（5）：16-18[17]吳劉鎖，何素芹，劉文濤，等.原位聚合法制備尼龍66/蒙脫土納米復(fù)合材料及其性能[J].化工新型材料，2010，38（1）：86-89[18]蔣元博，歐雪梅，耿德英，等.偶聯(lián)劑處理納米SiO2對尼龍1010力學(xué)與摩擦學(xué)性能的影響[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2011，23（4），53-57[19]徐翔民，張予東，李賓杰，等.納米SiO2/尼龍66復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱性能[J].復(fù)合材料學(xué)報，2008，25（4）：56-61[20]徐翔民，張予東，李賓杰，等.尼龍66/SiO2納米復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)及其對材料力學(xué)性能的影響[J].高分子材料科學(xué)與工程，2009，25（2）：41-44[21]馮歷萍，程曉敏.尼龍/碳納米管復(fù)合材料的制備和性能[J].安徽化工，2011，37(1)：14-16.[22]邱麗，楊永珍，徐麗華等.碳納米管/尼龍66復(fù)合物的納米壓痕和結(jié)晶性能研究[J].功能材料，2011，4（42）：639-642.[23]張玲，楊建民，馮超偉，等.表面復(fù)合納米SiO2和碳納米管玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6的結(jié)構(gòu)與性能[J].高分子學(xué)報，2010，11:1333-1339[24]李