纳米材料助工程塑料改性

    --工程塑料／刚性纳米粒子复合材料　　

    用刚性纳米粒子对有一定脆性的工程塑料增韧是改善其力学性能的一种行之有效的方法。传统的对工程塑料增韧手段是在塑料中加入橡胶类弹性体，但这种方法削弱了塑料本身的刚性、尺寸稳定性及耐热性等。近年来随着纳米级粒子的出现，只要刚硬粒子与基体树脂结合良好，刚性无机粒子也可承受拉应力，增韧增强的作用明显。　　

    国外一些研究机构采用溶胶－凝胶法将氟化的聚酰胺（PA）／聚酰亚胺（PI）与纳米TiO2复合制备了纳米复合材料；国内研究人员研究了不同纳米材料如纳米SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2等填充聚四氟乙烯（PTFE），发现纳米Al2O3含量为10％时PTFE的拉伸强度及断裂伸长率*大、磨损量*小、耐磨性*好、综合力学性能*佳；通过溶胶－凝胶法制备不同纳米SiO2含量的PI／纳米SiO2复合材料，具有更高的热稳定性和弹性模量，热膨胀系数显著降低，拉伸强度和断裂伸长率可分别达到基体PI的1.5倍和3倍；将纳米ZrO2填充到聚醚醚酮（PEEK）中制得的复合材料，能显著改善PEEK的摩擦系数。总之，采用纳米刚性粒子填充工程塑料可使工程塑料的韧性和强度得到提高，特别是对热塑性树脂的回收料进行改性，在工程塑料的废料利用率、降低成本、减少环境污染等方面具有实际的意义。　　

    --工程塑料／纳米粘土复合材料　　

    此类复合材料是将聚合单体或聚合物与粘土、云母等层间距为纳米级的层状无机物复合而成，根据插层形式不同，可分为插层聚合、溶液或乳液插层、熔体插层等。目前对纳米粘土类复合材料研究*多、应用较广。　　

    国内开发"一步法"工艺即将粘土阳离子交换反应、聚合物单体插层后的粘土与聚合物单体共聚合在反应器内一次完成，使粘土通过库仑力与聚合物基体结合并以纳米尺度均匀地分散在基体上，从而制成高性能的聚合物／纳米粘土复合材料。对于溶液或乳液插层的关键是寻找合适的单体和相容的聚合物粘土矿溶剂体系。与插层聚合法相比，熔体插层法不需溶剂、耗时短、易操作、效率高、适合大多数聚合物、易于工业化应用。但国外有关研究人员认为对纳米粘土进行的有机化处理不能承受熔体插层的高温，因而熔体插层聚醚酰亚胺（PEI）类特种工程塑料是不适用的。总之，插层法工艺简单、原料易得且廉价，用此法制得的复合材料与普通树脂基复合材料相比，具有密度小、高强度、高韧性及高阻隔性能，加入的纳米材料质量份数少，具有优良的热稳定性及尺寸稳定性，力学性能优于纤维增强聚合物体系，阻隔性能优异，可取代聚合物／金属箔复合材料，易回收。　　

    由于这类复合材料因其性能优异，在许多领域得到了广泛应用。上个世纪80年代，日本丰田公司研制了PA6／纳米粘土复合材料并应用于汽车工业，伊士曼化学公司研制的具有超高阻隔性的PA／纳米粒子复合材料广泛应用于多种容器的制造；中科院化学研究所开发的PA6／纳米粘土复合材料及PET／纳米粘土复合材料，其各项性能比原基体树脂有很大提高。PA6／纳米粘土复合材料在岳阳石化总厂研究院中试成功，其产品性能指标达到国外同类产品水平。　　

    --工程塑料／碳纳米管复合材料　　

    碳纳米管的直径只有碳纤维数千分之一，而性能远优于玻璃纤维，其力学性能的某些指标甚至比碳纤维增强环氧树脂高一个数量级。特别是在电性能方面，将碳纳米管用作聚合物的填料，可大幅度提高材料的导电性。　　

    有研究表明，在塑料中加入2％～3％的多壁碳纳米管可使其电导率提高14个数量级。用于航天工业的玻璃纤维增强塑料在飞行时往往因为外部气流与增强塑料之间产生磨擦引起静电而干扰无线通讯，而用碳纳米管增强的工程塑料可彻底解决这一问题。美国RTP公司开发了一系列碳纳米管配混料，可供配混的工程塑料有PA、聚碳酸酯（PC）、PC／ABS合金、PET、聚苯硫醚（PPS）、PEI和PEEK等，其它工程塑料的配混料也在开发中。　　

    --工程塑料／金属及其氧化物纳米复合材料　　

    这种复合材料具有特殊光电功能、对电磁波有特殊吸收作用、优良的磁性能及导电性，广泛应用于**、航空航天、电子通讯等高、精、尖产业。　　

    目前，国内外对纳米材料的研究方兴未艾，使之应用于工程塑料并从本质上提高其性能并不断扩大其应用领域是人们追求的目标。业内人士同时指出，对特种工程塑料或高性能树脂如PPS、PEEK等的纳米材料改性研究尚需深入，另外，尽管当前对纳米材料的研究成为热点，但也局限于材料改性，若能借鉴生物材料的合成方法，纳米材料将会飞速发展。不容置疑的是，质优价廉的纳米改性的工程塑料，今后的研究将会更加深入，应用前景也十分广阔。