聚合物基纳米复合材料的制备方法及其性能评述_吴捷
聚合物基纳米复合材料的制备与性能研究
聚合物基纳米复合材料的制备与性能研究聚合物基纳米复合材料是一种新型材料，它将聚合物与纳米颗粒相结合，具有优异的力学性能和多功能性。
在过去的几十年里，人们对聚合物基纳米复合材料进行了广泛的研究，并取得了令人瞩目的成果。
本文将介绍聚合物基纳米复合材料的制备方法和性能研究。
聚合物基纳米复合材料的制备方法可以分为两类：直接制备和后期改性。
直接制备是将纳米颗粒与聚合物原料一同加工，通过物理或化学方法实现纳米颗粒与聚合物之间的相互作用。
常见的直接制备方法包括溶液混合、溶胶凝胶、熔融混炼等。
后期改性是将已经制备好的聚合物中加入纳米颗粒，通过表面修饰剂或交联剂等手段改变纳米颗粒与聚合物基体之间的相互作用。
制备方法的选择取决于复合材料的应用需求和所使用的纳米颗粒种类。
聚合物基纳米复合材料的性能研究主要围绕其力学性能、热性能和电性能展开。
在力学性能方面，聚合物基纳米复合材料通常具有较高的强度和刚度，这归功于纳米颗粒的增强效应。
纳米颗粒的加入可以有效地增加材料的界面面积，从而提高强度和刚度。
聚合物基纳米复合材料还具有良好的韧性和耐磨性，这使得它们在结构材料和功能材料中得到广泛应用。
在热性能方面，纳米颗粒的加入可以改善聚合物基体的热稳定性和热导率。
纳米颗粒的高比表面积和界面作用对聚合物基体的热稳定性具有积极影响。
此外，纳米颗粒还可以提高材料的热导率，有利于聚合物基纳米复合材料在热传导和散热方面的应用。
在电性能方面，纳米颗粒的加入可以改善聚合物基体的导电性能和介电性能。
纳米颗粒具有较高的载流子迁移率和介电常数，可以提高聚合物基体的导电性和介电常数。
这使得聚合物基纳米复合材料在电子器件、传感器和储能材料等领域具有广阔的应用前景。
除了以上几个方面，聚合物基纳米复合材料还具有其他诸多优异特性，例如光学性能、磁学性能和生物兼容性等。
这些特性使得聚合物基纳米复合材料在光学器件、磁性材料和生物医用材料等领域展示出巨大的潜力。
尽管聚合物基纳米复合材料在各个方面的研究已经取得了显著的进展，但仍然面临一些挑战和难题。
聚合物基纳米复合材料的制备及研究进展
２７ ・
维普资讯
分散相的尺寸至少有一个维度在纳米级范围内的聚合物复合材料。目 ， 前 聚合物基纳米复合 材料制备大致可分为三大类型： １ 有机／ 、 有机型纳米复合材料 这是一种 由聚合物纤维 复合材料衍生和发展起来 的，由两种聚合物形成的纳米复合材 料 。其特点是 ：一种聚合物 以刚性棒状分子形式 （ 直径 １ｎ ０ｍ左右 ）分散在另一种柔性的聚 合物基体中起拉 强作用 。这种纳米聚合物／ 聚合物复合材料也被称为分子复合材料 ，具有纳 米嵌段结构 。这种材料 的突出代表是聚合物／ 晶聚合物纳米复合材料 ，其制备方法通常采 液 用原位共混复合 ，包括熔融共混和溶液共混两种方法 。 ２ 有机／ 、 无机混杂型纳米复合材料
融聚合物 中难 以分散均匀 。一般采用先对纳米粒子进行表面改性并制成母粒的方法解决 。
３ 、纳米粒 子在 聚合物 中的分散途 径
目 ， 前 影响聚合物纳米复合材料研究开发 的最大技术障碍， 在于无机纳米微粒在有机聚
合物中的均匀分散 。 对于无机纳米微粒的生产从品种和数量上说 ， 已经达到了相当的规模 ， 都
３１聚合物纳米 复合体 系一般分散技术 ．
１ 、多相复合体系的混合 与分散过程 制备高性能复合材料的基本前提 ，首先必须使复合体系内各组分相之间能够均匀混合、 充分分散 、 稳定结合 。多相复合体系的组分各相之间的混合与分散过程 ， 根据各相 的形态不
同其分散过程的难易程度各不相 同，其中气／ 、液／ 、固／ 气 液 固、气／ 液、气／ 固各相之间的混
［ ］ ４－５
：
材料 由单一的聚合物组成 ， 且基本尺寸至少有一维在 １０ ｍ 以内。中国纺织科学研究 ０ｎ
院张锡纬［ ６ 】 等采用静电纺丝的方法制得的纳米级聚丙烯睛纤维毡是一种纳米聚合物材料 。 纳 米粒子 由于粒径小 、表面积大 、表面活性高而表现出多种特性 。纳米粒子填充改性塑料 ，
聚合物纳米复合材料的制备及其力学性能研究
聚合物纳米复合材料的制备及其力学性能研究第一章绪论聚合物纳米复合材料是指将纳米颗粒与聚合物基体相结合的新型复合材料。
由于其独特的结构和优异的性能，如高强度、高硬度、尺寸稳定性及化学稳定性等，已经广泛应用于航空航天、汽车、电子、生物医学及能源等领域。
本文旨在介绍聚合物纳米复合材料的制备及其力学性能研究。
第二章聚合物纳米复合材料制备方法目前制备聚合物纳米复合材料的方法主要有两种，分别是直接混合法和原位聚合法。
2.1 直接混合法直接混合法是将纳米颗粒和聚合物分别混合后再混合在一起形成的复合材料。
这种方法简单易行，但存在颗粒分散不均匀、容易出现聚团等问题。
2.2 原位聚合法原位聚合法是将单体与纳米颗粒反应生成聚合物的方法，由于反应发生在颗粒表面，所以得到的复合材料颗粒分散均匀、性能稳定。
同时，该方法还可控制聚合物的长度和分子量。
第三章聚合物纳米复合材料力学性能研究聚合物纳米复合材料的力学性能是其应用的关键之一。
本章将从硬度、强度、韧性、断裂行为等方面介绍其力学性能研究。
3.1 硬度纳米材料的硬度多比宏观材料高出几倍，主要原因是其表面积大，原子之间的质子吸引力和电子排斥力增大，形成强的内聚力。
聚合物纳米复合材料的硬度受到纳米颗粒尺寸和分散度的影响，在制备过程中需要加强颗粒分散度。
3.2 强度纳米颗粒可以在聚合物基体中形成强有力的连接，因此可以增强聚合物材料的强度。
此外，原位聚合法制备的聚合物纳米复合材料还可以通过控制聚合物的长度和分子量来调节其强度。
3.3 韧性与金属、陶瓷等材料相比，聚合物纳米复合材料表现出较高的韧性。
这是由于纳米颗粒的作用，其可以吸收和分散外力，从而防止裂痕的扩展。
另外，本体聚合物基质的柔软性也对韧性产生一定影响。
3.4 断裂行为聚合物纳米复合材料的断裂行为受到纳米颗粒分散和聚合物基体分子链断裂行为的影响。
断裂行为的研究可通过扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等技术手段进行观察。
第四章结论聚合物纳米复合材料作为一种新型复合材料，具有优异的性能，并已经在许多领域得到应用。
聚合物纳米复合材料的制备及性能改性研究
聚合物纳米复合材料的制备及性能改性研究聚合物纳米复合材料是一种材料结构特殊、性质优良的新型材料，因其优异的力学性能、阻隔性能、耐热性能等特点，在汽车、建筑、包装等领域得到了广泛应用。
本文将介绍聚合物纳米复合材料的制备及性能改性研究。
一、聚合物纳米复合材料的制备聚合物纳米复合材料是由纳米级填充物与聚合物基体相互作用形成的一种复合材料，其制备方法包括物理法、化学法、机械法等多种方法。
1.物理法物理法制备聚合物纳米复合材料通常是利用高压膨胀、溶胶-凝胶或机械混合等方法，将纳米级填充物加入到聚合物基体中。
其中，高压膨胀法是一种常用的方法，它通过将分散在聚合物中的纳米颗粒受到高压作用，铺开并填充到聚合物的空隙中，从而制备出具有优异力学性能的聚合物纳米复合材料。
2.化学法化学法制备聚合物纳米复合材料通常是利用原位聚合、溶胶-凝胶等方法，在聚合物基体中直接生成纳米颗粒，并随后与聚合物形成复合材料。
其中，原位聚合法是一种常见的化学法，它通过在聚合物基体中加入适量反应物，利用反应物之间的化学反应生成纳米级颗粒，并将颗粒与聚合物基体形成一体化聚合物纳米复合材料。
3.机械法机械法制备聚合物纳米复合材料通常是利用均质化、超声波法等方法，将纳米级填充物分散在聚合物基体中。
其中，超声波法是一种常见的机械法，它通过将高频超声波作用在聚合物基体中的颗粒上，破坏其聚集状态，实现颗粒的均匀分散，并最终形成具有良好性能的聚合物纳米复合材料。
二、聚合物纳米复合材料的性能改性研究聚合物纳米复合材料具有较好的物理化学性能，但由于其成型工艺和制备工艺的局限性，其性能仍有些许缺陷。
为了克服这些缺陷，研究人员提出了一系列改性措施。
1.表面改性在聚合物纳米复合材料中添加表面改性剂，可有效改善材料的分散性能，减少颗粒间的相互作用力，从而提高材料的力学性能和阻隔性能。
2.界面增强尽管填充物与聚合物基体之间存在化学键，但两者之间依然存在良好的物理界面，该界面对复合材料的性能起着至关重要的作用。
聚合物基纳米复合材料的制备及应用
聚合物基纳米复合材料的制备及应用聚合物基纳米复合材料是近年来材料科学研究的一个热点领域。
与传统材料相比，聚合物基纳米复合材料具有更出色的性能和更广泛的应用范围。
本文将从制备工艺以及应用方面对聚合物基纳米复合材料进行讨论。
一、制备工艺1.选择合适的纳米材料聚合物基纳米复合材料的制备过程中，选择合适的纳米材料是关键。
目前常用的纳米材料有纳米碳管、纳米粒子、纳米纤维等。
不同类型的纳米材料具有不同的特性，需根据实际需要选用。
2.表面改性与纳米材料的表面性质有关的表面改性是制备聚合物基纳米复合材料的一项重要步骤。
表面改性可以提高纳米材料的亲和性，从而提高材料的机械性能和化学稳定性。
3.聚合物基质合成选择适当的聚合物基质是制备聚合物基纳米复合材料的另一重要步骤。
聚合物基质的选择应该与纳米材料的性质相适应，更好地发挥复合材料的性能。
4.纳米填充物的分散在制备聚合物基纳米复合材料中，纳米填充物的分散是影响复合材料性能的另一重要因素。
良好的分散可以提高复合材料的性能，避免出现质量不均匀的情况。
5.复合材料的制备与性能测试在制备完成后，需要对复合材料进行性能测试。
这些测试可以帮助了解复合材料的结构和力学特性，从而优化制备工艺和材料性能。
二、应用方面1.复合材料在机械领域的应用聚合物基纳米复合材料在机械领域有着广泛的应用。
例如，在飞机制造中，使用聚合物基纳米复合材料可以减轻重量，提高机体强度；在汽车制造中，使用聚合物基纳米复合材料可以提高车身强度和稳定性；在建筑领域中，使用聚合物基纳米复合材料可以提高抗震性能、防火性能等。
2.复合材料在能源领域的应用聚合物基纳米复合材料在能源领域也有着广泛的应用。
例如，在太阳能领域中，使用聚合物基纳米复合材料可以提高光电转换效率；在燃料电池领域，使用聚合物基纳米复合材料可以提高电池效率和稳定性。
3.复合材料在生物领域的应用聚合物基纳米复合材料在生物领域中也有着广泛的应用。
例如，在药物传输方面，可以使用聚合物基纳米复合材料来传递药物、改善药物质量和稳定性；在组织工程方面，可以使用聚合物基纳米复合材料来模拟和重建人体组织；在人工器官方面，可以使用聚合物基纳米复合材料来制造人工关节和人工牙齿等。
聚合物纳米复合材料的制备及其力学性能分析
聚合物纳米复合材料的制备及其力学性能分析聚合物纳米复合材料是一种具有很高应用价值的新型材料，它可以将不同材料的优点融合在一起，从而得到更好的性能表现。
在这篇文章中，我们将详细介绍聚合物纳米复合材料的制备方法和力学性能分析。
一、聚合物纳米复合材料的制备聚合物纳米复合材料的制备方法有很多，其中最常见的是溶液共混法和原位聚合法。
1. 溶液共混法：这种方法的原理是将纳米颗粒和聚合物放入同一溶剂中，经过搅拌和混合，使颗粒和聚合物相互溶解，最终形成聚合物纳米复合材料。
这种方法制备的聚合物纳米复合材料通常具有比较均匀的颗粒分布和较好的机械性能。
2. 原位聚合法：这种方法的原理是将聚合物的原料和纳米颗粒放在一起进行反应，通过化学反应的过程将聚合物和纳米颗粒形成复合材料。
这种方法制备的聚合物纳米复合材料通常具有比较强的化学结合力和良好的加工性能。
二、聚合物纳米复合材料的力学性能分析聚合物纳米复合材料的力学性能是其最重要的性能之一。
力学性能的好坏直接影响着材料的实际应用效果。
聚合物纳米复合材料的力学性能分析可以通过以下两种方法来进行。
1. 材料力学性能测试：通过拉伸、弯曲、压缩等测试方式，可以得到聚合物纳米复合材料的机械性能指标，包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
这些指标能够反映聚合物纳米复合材料的材料硬度、强度和耐久性等方面的实际表现。
2. 材料结构分析：通过扫描电镜、X射线衍射等实验手段，可以深入分析聚合物纳米复合材料的微观结构和晶体结构，得到材料的物理结构参数，比如晶格常数、结晶度等。
这些物理结构参数与材料的力学性能密切相关，能够帮助提高聚合物纳米复合材料的性能和制备工艺。
三、聚合物纳米复合材料的应用前景聚合物纳米复合材料具有很广阔的应用前景，在汽车、航空、电子等领域都有着广泛的应用。
在汽车领域中，利用聚合物纳米复合材料可以制造更轻、更坚固和更节能的汽车结构材料；在航空领域中，将聚合物纳米复合材料应用于飞机轻量化上，可以有效提高飞机性能和降低油耗；在电子领域中，聚合物纳米复合材料可用于制备导电材料、透明材料等，为电子器件的制造提供重要的支持。
聚合物纳米复合材料的合成与应用
聚合物纳米复合材料的合成与应用随着科学技术的不断进步，材料学也在快速发展。
聚合物纳米复合材料作为一种具有很高研究价值的材料，在许多领域都有广泛应用。
本文将详细阐述聚合物纳米复合材料的合成方法、结构特点以及在各个领域的应用。
一、聚合物纳米复合材料的合成方法聚合物纳米复合材料的制备方法主要有两种：一种是通过溶剂法制备，另一种是通过原位聚合法制备。
1、溶剂法制备聚合物纳米复合材料的制备一般采用的是先制备纳米颗粒，然后将其与聚合物基质交联制备而成。
其中溶剂法是一种广泛使用的制备方法，具体步骤如下。
（1）首先，在有机溶剂中悬浮纳米颗粒或原位合成纳米颗粒。
（2）然后将聚合物基质溶解在已得纳米颗粒的体系中。
（3）最后进行交联以形成纳米复合材料。
2、原位聚合法制备原位聚合法是另一种重要的制备方法，主要有以下两种类型。
（1）聚合物溶液中嵌段共聚法嵌段共聚法是将纳米颗粒同时加入到聚合物溶液中，在溶液中分别聚合，通过分子间的相互作用，使纳米颗粒与聚合物在充分混合的条件下相结合，最终形成聚合物纳米复合材料。
（2）乳液聚合法乳液聚合法需要将单体和乳化剂加入到水相中，然后通过乳化剂的作用形成一种微观胶体乳液体系。
在这个体系中，单体会在乳液的颗粒表面进行聚合反应，从而与颗粒形成原位聚合纳米复合材料。
二、聚合物纳米复合材料的结构特点聚合物纳米复合材料具有许多独特的结构特点，具体如下。
1、具有纳米尺度的颗粒聚合物纳米复合材料中，纳米颗粒的尺寸通常在1-100纳米之间。
这种极小的颗粒尺寸使得纳米复合材料具有了很多特殊的性质，在许多领域都可以发挥重要的作用。
2、具有高比表面积由于具有纳米尺度的颗粒，聚合物纳米复合材料的比表面积非常高，可以达到100-1000 m^2/g。
这种高比表面积可以增加纳米复合材料与其它物质的接触面积，从而提高其化学反应速率和物理性能。
3、具有特殊的表面活性由于具有纳米尺度的颗粒和高比表面积，在聚合物纳米复合材料的表面往往存在着很多未饱和基团，这些基团可以与其它分子进行反应，具有特殊的表面活性。
聚合物纳米复合材料的制备与性能研究
聚合物纳米复合材料的制备与性能研究一、引言聚合物纳米复合材料是一种具有广泛应用前景的新型材料。
其具有高强度、轻质化、高温耐腐蚀等优势，因此在汽车、航空、航天、电子等领域得到了广泛的应用。
本文主要介绍聚合物纳米复合材料的制备和性能研究。
二、聚合物纳米复合材料的制备方法聚合物纳米复合材料制备方法多种多样，主要分为以下几种。
1、单纳米颗粒复合法单纳米颗粒复合法是一种以单粒子为基础，通过化学反应、物理吸附等方式将纳米颗粒分散到聚合物基体中，再经过加热、压制，最终得到聚合物纳米复合材料的方法。
该方法的优点是制备工艺简单，所得产品性能良好。
2、二次增强法二次增强法先将纳米颗粒和聚合物分别制备成纳米复合颗粒和微米珠子，然后将两者混合，在加热和压制的条件下得到聚合物纳米复合材料的方法。
该方法制备效率高，适用范围广。
3、原位聚合法原位聚合法是通过在化学合成聚合物的过程中加入一定数量的纳米颗粒，将纳米颗粒与聚合物相互交联，形成聚合物纳米复合材料的方法。
该方法制备简单，效率高，同时不需要特殊的制备设备，因此应用广泛。
三、聚合物纳米复合材料的性能研究聚合物纳米复合材料具有以下几种性能。
1、力学性能聚合物纳米复合材料具有出色的力学性能。
由于其中的纳米颗粒具有极小的尺寸和高度的表面积，能够有效地阻碍裂纹的扩展和塑性屈服，因此具有良好的抗拉伸性能、韧性和弹性模量等指标。
2、热稳定性能聚合物纳米复合材料具有优良的热稳定性能。
纳米颗粒的添加能够增加材料的导热性和力学强度，同时能够减少聚合物的团聚，提高材料的耐热性能。
因此，这种材料在高温下能够保持其物理和化学性质的稳定性。
3、电子性能聚合物纳米复合材料具有优良的电子性能。
纳米颗粒的添加能够提高材料的电导率、散热性能和电化学性能等指标，因此使材料具有更广泛的应用前景。
此外，纳米颗粒能够对光电子效应、谷能带等性能产生影响，因此在电子学领域也有广泛的应用。
四、结论聚合物纳米复合材料作为一种新型材料，具有广泛的应用前景。
纳米颗粒填充聚合物基复合材料的制备与性能分析
纳米颗粒填充聚合物基复合材料的制备与性能分析随着科学技术的不断进步，纳米材料的制备和应用成为当前研究的热点之一。
纳米颗粒作为一种特殊的材料，具有较大的比表面积和尺寸效应，被广泛应用于聚合物基复合材料的制备中。
本文将探讨纳米颗粒填充聚合物基复合材料的制备方法以及其对复合材料性能的影响。
首先，介绍纳米颗粒填充聚合物基复合材料的制备方法。
常见的制备方法包括溶液法、溶胶-凝胶法、熔体法和反应注入法等。
其中，溶液法是最常用的方法之一。
该方法通过将纳米颗粒与聚合物溶解于溶剂中，利用溶剂蒸发或混凝土进行材料复合。
此外，溶胶-凝胶法是一种利用溶胶和凝胶过程将纳米颗粒与聚合物结合的方法。
这些制备方法具有简单、高效的特点，能够制备出均匀分散的纳米颗粒填充聚合物基复合材料。
其次，分析纳米颗粒填充对聚合物基复合材料性能的影响。
纳米颗粒的加入可以显著改善复合材料的力学性能、热性能和电性能等方面。
首先，纳米颗粒填充能够提高复合材料的机械性能。
纳米颗粒的加入能够增加复合材料的界面接触面积，使得复合材料的强度和刚度得到显著提高。
同时，纳米颗粒还能够改善复合材料的热性能。
纳米颗粒具有较高的热导率，能够促进热的传导，提高复合材料的导热性能。
此外，纳米颗粒的填充还能够改善复合材料的电性能。
纳米颗粒填充能够提高复合材料的导电性能，广泛应用于电子器件领域。
最后，讨论可能存在的问题和挑战。
尽管纳米颗粒填充聚合物基复合材料具有许多优点，但也存在一些问题和挑战。
首先，纳米颗粒的分散性是一个重要的问题。
由于纳米颗粒具有较大的比表面积，容易出现团聚现象，导致复合材料性能的降低。
因此，如何实现纳米颗粒的均匀分散成为一个亟待解决的问题。
其次，纳米颗粒的选择也是一个关键的问题。
不同的纳米颗粒有着不同的性质和应用，需要根据具体需求选择合适的纳米颗粒填充复合材料。
此外，纳米颗粒的制备成本和环境影响也需要充分考虑。
综上所述，纳米颗粒填充聚合物基复合材料是一种具有广泛应用前景的新型材料。
聚合物纳米复合材料的制备与应用研究
聚合物纳米复合材料的制备与应用研究聚合物纳米复合材料是一种具有特殊性能的新型材料，具有广泛的应用前景。
它的制备需要通过化学方法和物理方法，在聚合物中加入纳米级的填充物，以期望提高材料的物理和化学性质。
本文将介绍聚合物纳米复合材料的制备过程和应用研究。
一、制备方法聚合物纳米复合材料的制备方法包括溶液法、熔融法、原位聚合法等多种方法。
其中溶液法是最常用的方法。
在聚合物溶液中加入纳米级的填充物，经过充分搅拌、均质化和干燥等处理，得到复合材料。
聚合物溶液的选择和配方是影响制备效果的重要因素。
二、性能改善聚合物纳米复合材料的性能改善主要表现在以下几个方面：1. 力学性能纳米填料可以在原有材料中发挥添加剂的作用，增强聚合物的力学性能。
纳米填料可以增加聚合物的弹性模量和强度，改善材料的耐磨性和耐老化性。
2. 热稳定性纳米填料可以改善聚合物的热稳定性，提高材料的耐高温性能和尺寸稳定性。
纳米填料可以增强聚合物的热导性和热扩散性，使得聚合物更不容易变形和破裂。
3. 电学性能纳米填料可以改善聚合物的电学性能，提高材料的介电常数和电导率等。
纳米填料可以制备导电性聚合物材料，具有大量应用前景。
三、应用研究聚合物纳米复合材料在诸多领域有广泛的应用前景，主要包括以下几个方面：1. 材料领域聚合物纳米复合材料可以用于制备高强度、高韧性、耐腐蚀、耐高温的结构材料。
这些材料可以应用于航天航空、汽车、机械、电子等领域。
2. 环保领域聚合物纳米复合材料可以用于制备环保材料，如吸附剂、水处理剂等。
这些材料可以减少环境污染，保护生态环境。
3. 医学领域聚合物纳米复合材料可以用于制备生物医学材料，如医用支架、人工关节等。
这些材料可以大大提高医疗技术水平，保证人群健康。
四、市场前景聚合物纳米复合材料具有广泛的应用前景，在材料领域、环保领域、医学领域等领域具有巨大的市场潜力。
总的来说，聚合物纳米复合材料的制备和应用研究充满着挑战和机遇。
这一新型材料具有优良的性能和广泛的应用前景，值得进一步深入研究和探索。
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第25卷第6期森 林 工 程Vo l 125No 162009年11月FO RES T E NGINEERIN GNo v.,2009聚合物基纳米复合材料的制备方法及其性能评述吴 捷1,杨 楠2,吴大青1(11黑龙江科技学院,哈尔滨 150027;21中国计量学院,杭州 310018)摘 要:简单介绍聚合物基纳米复合材料的的分类,着重介绍聚合物纳米复合材料的制备方法、结构、性能和研究现状,并对纳米材料的发展进行展望。
关键词:纳米复合材料;聚合物;制备;性能中图分类号:TS652 文献标识码:A 文章编号:1001-005X (2009)06-040-03Review of P repar ation Method and P er formance of Polymer 2ba sed Nanocomposites P W u Jie (Heilo ngjiang Ins titute of Science and Technology,Harbin 150027);Yang Nan (China Metrolog y Institute,Hang zhou 310018);W u Daqing (Hei 2longjiang Ins titute o f Science and Technolog y,Harbin 150027)Abstr act :The classi ficatio n o f po lymer 2based nanoco mposites was briefly introduced,while the preparation method,struc 2ture,performance and research status of polymer 2based nanoco mpo sites were described i n details,as well as the perspective of nano 2materials dev elopmen t.Key wor ds :nanocomposites;polymer;preparati on;performance收稿日期:2009-07-02第一作者简介:吴 捷(1980-),女,黑龙江肇东人,硕士。
研究方向:高分子化学与物理。
纳米材料具有许多独特的性能,与聚合物并用可开制出多种新型复合材料。
聚合物基纳米复合材料就是纳米材料为分散相,有机聚合物为连续相。
通常聚合物基纳米复合材料可以分为:金属P 聚合物纳米复合材料、聚合物P 聚合物纳米复合材料、聚合物P 层状硅酸盐纳米复合材料、碳酸盐P 聚合物纳米复合材料等。
聚合物基纳米复合材料的研究已成为当今高分子材料科学与工程等许多学科的前沿领域,显示出重要的科学意义和良好的应用前景。
1 聚合物基纳米复合材料的制备方法111 共混法(1)直接分散法。
该法同通常熔融共混类似,利用双辊混炼设备或单(双)螺杆挤出机等加工设备将纳米颗粒与聚合物进行熔融共混。
但由于纳米颗粒表面能较高,极易团聚,因此,加工之前应对颗粒表面进行有效的处理。
M asoSumit 等采用直接分散的方法系统地研究、对比纳米级粒子、微米级粒子填充L DPE 、PP 、PVC 的效果。
结果表明:纳米粒子对上述聚合物具有明显的增强增韧效果。
共混法的优点是简单易行,但最大的不足在于纳米粒子易团聚,粒子在体系中的均匀分散较困难。
(2)溶液共混法。
把聚合物基体或单体溶解于适当的溶剂中,然后加入纳米颗粒,利用搅拌或使用超声分散的方法使纳米粒子均匀分散于溶液中,最后浇铸成膜或在模具中浇铸,除去溶剂或使之聚合获得样品。
例如:在制备Ps P Al 2O 3复合材料时,先把Ps 溶于苯乙烯中,然后加入A12O 3搅拌混合均匀,把溶液浇铸到模具中,在适当条件下把苯乙烯本体聚合成聚苯乙烯,制得样品。
邓建国等采用溶液共混法制得的PE T P SiO 2纳米复合材料,复合材料的分散性均匀,且其熔点低于PE T 树脂,此项研究拓宽了PET 树脂的应用范围。
112 插层复合法1987年始,日本丰田公司报道用了插层复合方法制备尼龙6P 粘土纳米复合材料,插层复合技术便受到世人的广泛关注,成为制备复合材料的一项重要技术[1]。
插层复合法主要用于制备聚合物P粘土纳米复合材料。
首先将单体或聚合物插入经插层剂处理后的粘土片层之间,进而破坏其片层结构,使其剥离成纳米数量级的基本单元,并均匀地分散在聚合物基体中以实现聚合物与粘土在纳米尺度上的复合。
按照进入层状粘土片层的方式,插层复合可分为如下两种方式:插层聚合法(Intercala 2tion Polymerization)和聚合物插层法(Polymer Inter 2calation),前者是先将聚合物单体分散、插层进入层状硅酸盐片层中,然后原位聚合,利用聚合时放出的大量热量,克服硅酸盐片层间的库化力,使其剥离,从而使硅酸盐片层与聚合物基体以纳米尺度相复合;后者是将聚合物熔体或溶液与层状硅酸盐混合,利用力学或传力学作用使层状硅酸盐剥离成纳米尺度的片层并均匀分散在聚合物基体中形成纳米塑料。
梁玉蓉等利用插层复合法制备了橡胶P黏土纳米复合材料,并探讨了橡胶极性对微观结构与性能的影响,这种方法制备的复合材料的近程结构和远程结构都受到了一定得影响,并且相应的力学性能和气体阻隔性也得到改善。
113溶胶-凝胶法(Sol-Gel)法此法是将烷氧金属或金属盐等前驱物在一定条件下水解缩合成溶胶(S ol),然后经挥发或加热等其它处理,使溶液或溶胶转化成网状结构的凝胶(Gel)过程[2,3]。
利用S ol-G el法制备纳米复合材料时,通常是使用前驱物和聚合物的共溶剂,在聚合物溶液中加入前驱物,在共溶剂体系内使前驱物水解缩合,如果条件控制适当,在凝胶形成与干燥过程中,聚合物不发生相分离,获得光学透明的复合材由于许多开始溶解的聚合物在反应的后期会沉淀出来,可通过在聚合物主链上引入功能基团与无机相之间形成共价键作用。
牛新书等人[4]以钛酸四丁酯和硝酸钇为原料,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂不同量硝酸钇的TiO2纳米材料。
杜宏伟等人[5]用钛酸丁酯作前驱物,N2甲基吡咯烷酮(N M P)作溶剂,冰乙酸为稳定剂,通过溶胶凝胶法制得了TiO2溶胶。
114原位生成法原位生成法很适合于制备过渡金属硫化物、卤化物聚合物复合材料。
它的基本原理是将基体与金属离子(M+)预先混合组成前驱体,金属离子在聚合物网络中均匀稳定地分散,然后暴露在对应组分(如S2-、Se2-)气体或溶液中,就地反应生成粒子。
王有轩[6]等采用原为聚合法制备了纳米聚酯复合涂料,首先将纳米A TO的预分散,其次加入相应的聚合物,然后后加入分散好的粉体,在一定条件下使其反应,最后将制得的产物按1B1的质量比搅拌溶解于四氢呋喃中,制得PE T P A TO纳米复合涂料。
115化学接枝法这种方法就是利用无机纳米材料的表面基团,使之与聚合物相产生化学键接,形成接枝复合物。
这一方法又可分为两条路线:一是利用聚合物的末端基团与无机粒子表面基团反应,将聚合物接枝到无机粒子表面[7];另一条路线是从无机纳米材料表面上的流行性点引发单体聚合,形成聚合物[8]。
这一路线可以通过自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合等方法实现。
以上是制备聚合物基纳米复合材料的主要方法。
另外,还有其它的方法,如LB膜法,真空气相沉积法、溅射法、辐射合成法、离子交换法、自组装法等来制备聚合物基层状纳米复合材料,但不如以上各方法应用广泛。
2聚合物基纳米复合材料的性能211力学性能聚合物基纳米复合材料一般重量较轻,只需加入少量的填料,即可使复合体系的强度和韧性大幅提高。
在纳米复合材料中,纳米微粒的粒径很小,大大增加了分散相和基体之间的界面面积,两相的相互作用较强,界面粘合良好,因而具有很高的强度。
如果使分散相和基体之间以化学键相连,则可以进一步提高材料的强度。
另一方面,当纳米复合材料受冲击时,填料粒子脱粘,基体产生空洞化损伤,若基体层厚度小于临界基体层厚度时,则基体层塑性变形大大加强,从而使材料的韧性大大提高。
在加入与普通粉体相同体积分数的情况下,强度和韧性一般要高出1~2倍,在加入相同质量分数的情况下,一般要高出10倍以上。
董元彩等[9]以纳米TiO2为填料制备了环氧树脂P TiO2纳米复合材料。
研究结果表明,纳米TiO2经表面处理后,填充质量分数为3%时,材料的拉伸弹性模量较原环氧树脂提高37%,拉伸强度提高44%,冲击强度提高8718%,实现了环氧树脂的增强增韧。
212热稳定性聚合物基纳米复合材料具有优良的热稳定性。
中科院化学所[10]制备的尼龙6P粘土纳米复合材料的热变形温度比纯尼龙6提高了约70~90e。
当二氧化硅质量分数为10%时,聚酰亚胺P二氧化硅纳米复合材料的热分解温度比纯聚酰亚胺提高了34e。
作者认为这可能是因为:无机纳米微粒的热分解温度较高,并起到了阻隔热流的作用;无机纳米微粒起到了物理交联点的作用。
PI具有很好的耐热性,为进一步提高其热性能,将具有高热导性和低热延展性的AlN加入PI基体制得PI P Al N纳米复合材料,使PI的硬度大大增加,热膨胀系数降低,热导系数大大增加。
41第6期吴捷等:聚合物基纳米复合材料的制备方法及其性能评述213电学性能碳纳米管具有很好的导电性能,可以提高与之聚合的聚合物的导电性能,制备新型的聚合物导电材料,纳米材料的的加入可使聚合物的电阻降低3个数量级以上。
胡平等[11]发现超高分子量聚乙烯(U HM WPE)中加入少量碳纳米管就能改善U HM2 W PE的抗冲击、抗静电及导电性能。
当碳纳米管含量仅为013%时,复合材料已达到抗静电材料的要求。
李宏建等[12]制备了碳纳米管P石墨P环氧树脂的复合型电磁波屏蔽膜,体积电阻率为011~108# c m,具有优良的屏蔽性能和加工性能,该屏蔽膜在一定条件下具有负的温度系数。
Grimes等[13]制备了聚甲基丙烯酸乙酯P碳纳米管复合膜,该材料的导电逾渗阀值为约为3%(质量),测定了材料在015~5150G Hz复合介电频谱,发现碳纳米管的加入显著提高了介电常数。
214磁学性能利用半导体纳米微粒的表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应、量子限域效应等,将半导体纳米粒子与聚合物复合,可望在磁性材料、打印、数据存储、磁光学等方面获得应用。
但是这方面的研究所见不多。
Li Wang[14]等利用纳米磁性Ziegler-Natta催化剂,通过在纳米磁性微粒表面上进行原位配位聚合制备了新型的磁性聚乙烯纳米复合材料。
用于磁致冷具有效率高、功耗低、噪声小、体积小、无污染等优点,可用来扩展致冷温区。