论文我国尼龙纳米复合材料的研究进展201201..doc

尼龙纳米复合材料的研究进展 李 凡 李联峰 （平顶山神马工程塑料有限责任公司，平项山，467000） 摘 要 本文综述了近年来尼龙纳米复合材料的的制备方法、结构和性能等研究方面所取得的进展情况。重点说明了尼龙/无机物、尼龙/碳纳米管等尼龙纳米复合材料的结构和性能；最后指出了今后尼龙纳米复合材料的应用前景和方向。 关键词 尼龙，纳米复合材料，制备，性能 尼龙即聚酰胺纤维，简称PA，韧性角状的乳白色或半透明结晶性树脂，是一种综合性能优良的工程塑料，产量在世界五大工程塑料中居首位。PA种类很多，主要有PA6、PA66、PA11、PA12和PA1010，另外还有新品种PA6I、PA9T和特殊PAMXD6等[1]。PA具有良好的机械物理性能及优越的性价比，如自润滑性能好、强度高、耐磨、耐溶剂等，广泛应用于纺织、造船、汽车制造、航空航天、医疗器械和精密仪器仪表等领域[2]。但PA也存在不足处，其酰胺极性基团导致吸水率大，耐低温和干态冲击强度低，不耐强酸强碱，抗蠕变性能差、尺寸稳定性差和易燃烧等缺陷，对其应用起到了很大限制作用[3]。 为了不断提高性能，扩大PA应用领域，需要对其进行改性处理。近年来PA的改性领域研究主要是向高冲击、高刚性、高耐磨性、低吸水性、和优化加工性能等高性能、高品质方向发展。其中利用纳米技术进行改性研究又是最主要的发展方向之一。 1 尼龙纳米复合技术 1.1 尼龙纳米复合技术概述 尼龙纳米复合材料是第一类工业化的聚合物纳米复合材料，被美国材料学会誉为“21世纪最有发展前途的新兴材料”，具有高强度、耐热性、高阻隔性和加工性能好等优点，广泛受到科学界和工业界的高度关注，成为化学、材料学、物理学和现代仪器学等多学科领域研究的热点[4]。纳米复合材料是指分散相尺度在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1～100 nm量级)的一类复合材料，具有优良的特殊效应，其比表面积大，与聚合物间的作用点多，并具有宏观量子隧道效应，改性效果好[5-6]。但纳米颗粒的高比表面积产生的强界面作用易使其凝聚而难以在聚合物中保存和稳定分散，因此需采用分散剂使其优异性能在聚合物中发挥出来，才能获得性能良好的复合材料 [7]。 1.2 尼龙纳米复合材料的制备方法 通常，通过纳米填充物生产纳米复合材料的方式主要包括直接共混法、溶胶-凝胶法、插层复合法和原位聚合法等[8]。共混法是将不种形态的纳米粒子通过各种有效方式与聚合物基体混合制备成纳米复合材料，又可分为溶液(或乳液)共混、熔融共混和机械共混等方法。共混法较为简单，缺点是很难实现纳米粒子以原生态形式均匀分散在聚合物基体中。溶胶-凝胶法是将化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理成为氧化物或其它固体化合物的方法。但因溶剂易挥发，会使材料收缩而脆裂，且诸如甲苯、氯仿、乙腈等溶剂对环境有害。 插层复合法是利用层状无机物作为主体，可分为溶液插层、熔融插层法等。工艺简单、原料来源丰富，是较为传统的加工工艺。通过此法制备的纳米复合材料填充体系膨胀系数小、热稳定性和尺寸稳定性好[9]。但是无机纳米粒子的表面极性使其与聚合物的界面粘结性差，难以在聚合物基体中均匀分散，影响了复合材料的综合力学性能和加工性能[10-11]。 原位聚合法又称在位分散聚合法，是在强烈搅拌或超声波的作用下将纳米颗粒均匀分散在聚合物基体上，形成完美纳米弥散相。原位聚合法克服了以上几种方法的缺点，粒子的纳米特性完好无损，基体经一次聚合成型，避免降解，从而保证各种性能的稳定。目前，原位聚合制备PA纳米复合材料受到国内外学者的广泛关注[12-13]。但有关原位聚合制备尼龙纳米复合材料的报道还相对很少。 2 PA/无机物纳米复合材料 无机颗粒填料价格低廉且来源丰富，能提高复合材料的刚性、硬度、热和稳定性等。常选用的无机物有蒙脱土、氢氧化镁、二氧化硅等。 2.1 PA/蒙脱土纳米复合材料 蒙脱土(MMT)作为一种无机纳米填料，少量填充便能大幅度提高复合材料的综合性能[14]。杨凤等[15]采用原位聚合法制备了聚乙烯／蒙脱土纳米复合材料。马宁等[16]采用熔融共混法制得PA66/Na-蒙脱土(OMMT)复合材料的结果显示，OMMT对PA66/OMMT复合材料的非等温结晶行为、导电性等有重要影响。吴刘锁等[17]利用原位聚合法制备了PA66/有机蒙脱土纳米复合材料，通过透射电子显微镜(TEM)观察结果表明：蒙脱土以纳米尺度均匀分散在PA66基体中，蒙脱土的加入可提高成炭率，有效改善复合材料的热稳定性、力学性能和阻燃性能。 2.2 PA/氢氧化镁纳米复合材料 刘生鹏等[11]将硅烷偶联剂—硅烷(KH-550)接枝到纳米氢氧化镁(NMH)表面，得到改性NMH(MNMH)，通过原位聚合法制备了PA6/MNMH纳米复合材料。采用扫描电子