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合成材料及其发展 一、纳米复合材料 纳米复合材料是指至少有一种组分材料的分散相尺度小于102纳米量级的复合材料，它的性能优于相同组分的常规复合材料，尤其是在物理力学性能方面。 与常规的高分子--无机材料的复合材料相比，纳米复合材料具有独特的纳米尺度效应，具有大的比表面积和强的界面互相作用，使高分子与无机材料的界面之间存在着强的化学结合力，达到理想的粘接性能，可消除高分子基体与无机材料基体的热膨胀系数不匹配的问题，可以充分发挥无机材料的优异的力学性能和高度的耐热性。 尼龙6是一种应用很广的工程塑料，它的分子结构和结晶作用使它具有优良的物理和机械性能，然而由于尼龙6分子内存在极性基团，使它的吸水率相对地比较高，热变形温度相对地比较低，强度和模量也不够理想，在一定程度上限制了它被更广泛的应用。 由尼龙6和粘土构成的纳米复合材料具有优良的力学性能，具备了高强度、高模量、高热变形温度，还有耐湿性和耐溶剂侵蚀性，因此在相同性能和用途时（如制作结构材料），其重量可比普通的用玻璃纤维制成增强剂的复合材料减轻25％。广泛用于制造汽车发动机的配件。 在尼龙6和黏土构成的纳米复合材料中，黏土以层状结构分散于尼龙6基体中，对气体具有良好的抗渗透性能，可使气体的透过率降低50％以上，具有很好的阻隔作用，是一种良好的阻隔材料。 二、质量最轻的材料――泡沫塑料 泡沫塑料是由大量气体微孔分散在固体塑料中形成的一类高分子材料，具有质量轻、隔热、吸音、减震等特性，用途很广。最早开发的泡沫塑料是20世纪60年代发展起来的结构泡沫塑料，内部芯层发泡，外部皮层不发泡，特点是外硬内韧、强度高、消耗原料少，广泛地代替木材，用于建筑和家具工业以及包装材料。现在，几乎各种塑料都可以制成泡沫塑料。 塑料面包 制造泡沫塑料的方法称为发泡方法。在一定程度上，发泡方法受到烤制面包和蒸馒头的启发，面包、蛋糕、馒头中都有数不清的小气孔，它们是怎样形成的呢？原来，做面包和蒸馒头的关键一步是要让面粉发酵，通常使用发酵粉（内含小苏打，即碳酸氢钠）或酵母菌，碳酸氢钠在受热时会发生分解，产生大量的二氧化碳气体，二氧化碳气体均匀分散在面包、蛋糕和馒头中，使它们变得疏松多孔。显然，碳酸氢钠起着发泡剂的作用。 现在，塑料的发泡方法共有三种：机械法、物理法和化学法。但无论采用什么方法发泡，其基本过程都是：①在液态或熔融态塑料中引入气体，产生微孔。②使微孔增长到一定的体积。③通过物理或化学方法固定微孔结构。 机械发泡法是借助强烈搅拌，把大量空气或其他气体引入液态塑料中，工业上主要用此法生产脲醛树脂泡沫塑料，它可用做影剧布景中的人造雪花。 物理发泡法常将低沸点的烃类或卤代烃溶解在塑料中，当塑料受热而软化时，溶解在塑料中的烃类或卤代烃液体就会挥发，同时膨胀发泡。例如制造聚苯乙烯泡沫塑料，可在苯乙烯聚合成聚本乙烯时，事先把戊烷溶解在苯乙烯单体中，聚合时就会发泡。也可以在加热和加压下用戊烷处理聚苯乙烯塑料，制得可发泡性聚苯乙烯塑料，然后使它在热水或水蒸气中预发泡，再放到模具中通入水蒸气，使预发泡后的聚苯乙烯塑料二次膨胀，并互相熔结在一起，冷却后即得到与模具形状相同的制品。 挤出成型的物理发泡法可用于聚苯乙烯塑料，使其熔融，再加入卤代烃混合均匀，当物料离开机头时即膨胀发泡。物理发泡法还有中空微球法，是将熔化温度很高的空心玻璃微珠与塑料熔融体相混合，然后在玻璃微珠不会破碎的条件下塑料成型，可制得特殊的闭孔型泡沫塑料。 化学发泡法可分两类： ⑴采用化学发泡剂，它们在受热时分解放出气体。常用的发泡剂有偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁腈、N，N′--二亚硝基五亚甲基四胺、碳酸氢钠。许多热塑性塑料均可用此法制泡沫塑料，例如聚氯乙烯泡沫鞋就是把聚氯乙烯树脂、增塑剂、发泡剂和其他添加剂制成的原料，放入注射成型机中，发泡剂在机筒中分解，原料就在模具中发泡成型。泡沫人造革则是将发泡剂混入聚氯乙烯糊料中，再涂刮或压延在织物上，连续通过隧道式加热炉，使物料熔融，发泡剂分解发泡，冷却后，即得泡沫人造革。硬质聚氯乙烯低发泡的板材、管材或异型材则用挤出法成型。发泡剂在机筒中分解，物料离开机头时，压力降到到常压，溶入塑料的气体即膨胀发泡。 ⑵利用聚合过程中的副产物气体进行发泡。典型的例子是制造聚氨酯泡沫塑料。当异氰酸酯和聚酯或聚醚进行缩聚反应制造聚氨酯时，部分异氰酸酯会与水、羟基或羧基反应，生成二氧化碳气体，只要气体的放出速度和缩聚反应速度调节得当，即可制得泡孔十分均匀的高发泡制品。 分类与应用 泡沫塑料的种类很多，其中的微孔之间互相连通的称为开孔型泡沫塑料，微孔之间互相封闭的称为闭孔型泡沫塑料。泡沫塑料又有硬质和软质之分，按照美国试验和材料学会颁布的标准：在18～29℃下，在时间5秒内，泡沫塑料绕直径为2.5厘米的圆棒一周，如果不断裂，