納米材料助工程塑料改性

    --工程塑料／剛性納米粒子複合材料　　

    用剛性納米粒子對有一定脆性的工程塑料增韌是改善其力學性能的一種行之有效的方法。傳統的對工程塑料增韌手段是在塑料中加入橡膠類彈性體，但這種方法削弱了塑料本身的剛性、尺寸穩定性及耐熱性等。近年來隨著納米級粒子的出現，隻要剛硬粒子與基體樹脂結合良好，剛性無機粒子也可承受拉應力，增韌增強的作用明顯。　　

    國外一些研究機構采用溶膠－凝膠法將氟化的聚酰胺（PA）／聚酰亞胺（PI）與納米TiO2複合製備了納米複合材料；國內研究人員研究了不同納米材料如納米SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2等填充聚四氟乙烯（PTFE），發現納米Al2O3含量為10％時PTFE的拉伸強度及斷裂伸長率*大、磨損量*小、耐磨性*好、綜合力學性能*佳；通過溶膠－凝膠法製備不同納米SiO2含量的PI／納米SiO2複合材料，具有更高的熱穩定性和彈性模量，熱膨脹係數顯著降低，拉伸強度和斷裂伸長率可分彆達到基體PI的1.5倍和3倍；將納米ZrO2填充到聚醚醚酮（PEEK）中製得的複合材料，能顯著改善PEEK的摩擦係數。總之，采用納米剛性粒子填充工程塑料可使工程塑料的韌性和強度得到提高，特彆是對熱塑性樹脂的回收料進行改性，在工程塑料的廢料利用率、降低成本、減少環境汙染等方麵具有實際的意義。　　

    --工程塑料／納米粘土複合材料　　

    此類複合材料是將聚合單體或聚合物與粘土、雲母等層間距為納米級的層狀無機物複合而成，根據插層形式不同，可分為插層聚合、溶液或乳液插層、熔體插層等。目前對納米粘土類複合材料研究*多、應用較廣。　　

    國內開發"一步法"工藝即將粘土陽離子交換反應、聚合物單體插層後的粘土與聚合物單體共聚合在反應器內一次完成，使粘土通過庫侖力與聚合物基體結合並以納米尺度均勻地分散在基體上，從而製成高性能的聚合物／納米粘土複合材料。對於溶液或乳液插層的關鍵是尋找合適的單體和相容的聚合物粘土礦溶劑體係。與插層聚合法相比，熔體插層法不需溶劑、耗時短、易操作、效率高、適合大多數聚合物、易於工業化應用。但國外有關研究人員認為對納米粘土進行的有機化處理不能承受熔體插層的高溫，因而熔體插層聚醚酰亞胺（PEI）類特種工程塑料是不適用的。總之，插層法工藝簡單、原料易得且廉價，用此法製得的複合材料與普通樹脂基複合材料相比，具有密度小、高強度、高韌性及高阻隔性能，加入的納米材料質量份數少，具有優良的熱穩定性及尺寸穩定性，力學性能優於纖維增強聚合物體係，阻隔性能優異，可取代聚合物／金屬箔複合材料，易回收。　　

    由於這類複合材料因其性能優異，在許多領域得到了廣泛應用。上個世紀80年代，日本豐田公司研製了PA6／納米粘土複合材料並應用於汽車工業，伊士曼化學公司研製的具有超高阻隔性的PA／納米粒子複合材料廣泛應用於多種容器的製造；中科院化學研究所開發的PA6／納米粘土複合材料及PET／納米粘土複合材料，其各項性能比原基體樹脂有很大提高。PA6／納米粘土複合材料在嶽陽石化總廠研究院中試成功，其產品性能指標達到國外同類產品水平。　　

    --工程塑料／碳納米管複合材料　　

    碳納米管的直徑隻有碳纖維數千分之一，而性能遠優於玻璃纖維，其力學性能的某些指標甚至比碳纖維增強環氧樹脂高一個數量級。特彆是在電性能方麵，將碳納米管用作聚合物的填料，可大幅度提高材料的導電性。　　

    有研究表明，在塑料中加入2％～3％的多壁碳納米管可使其電導率提高14個數量級。用於航天工業的玻璃纖維增強塑料在飛行時往往因為外部氣流與增強塑料之間產生磨擦引起靜電而乾擾無線通訊，而用碳納米管增強的工程塑料可徹底解決這一問題。美國RTP公司開發了一係列碳納米管配混料，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開發中。　　

    --工程塑料／金屬及其氧化物納米複合材料　　

    這種複合材料具有特殊光電功能、對電磁波有特殊吸收作用、優良的磁性能及導電性，廣泛應用於**、航空航天、電子通訊等高、精、尖產業。　　

    目前，國內外對納米材料的研究方興未艾，使之應用於工程塑料並從本質上提高其性能並不斷擴大其應用領域是人們追求的目標。業內人士同時指出，對特種工程塑料或高性能樹脂如PPS、PEEK等的納米材料改性研究尚需深入，另外，儘管當前對納米材料的研究成為熱點，但也局限於材料改性，若能借鑒生物材料的合成方法，納米材料將會飛速發展。不容置疑的是，質優價廉的納米改性的工程塑料，今後的研究將會更加深入，應用前景也十分廣闊。