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FRP玻璃鋼復合材料論壇

標題: 納米高分子材料改性研發(fā)呈趨勢 [打印本頁]

作者: 行業(yè)磚家 時間: 2010-9-9 16:14
標題: 納米高分子材料改性研發(fā)呈趨勢
進入21世紀，納米技術的發(fā)展日新月異，納米高分子材料作為其中的重要分支，研發(fā)呈現(xiàn)出新的趨勢。過去5年來納米技術已在全球呈現(xiàn)在爆炸式的發(fā)展，幾乎所有的工業(yè)化國家都制訂了納米技術研究計劃，政府為此投入了大量的資金。納米技術的潛在利益驅使著許多國家的科學家們不斷地探索和研究，并且引發(fā)了一場全球性的國際競爭。我國界如何適應形勢貼近新趨勢，是一個十分重要的趨勢。

納米高分子材料被科學家稱為強大的“混血兒”。納米粉末粒徑小、表面積大、易于團聚，因此在制備納米粉末改性的聚合物復合材料時，用通常的共混法難以得到納米結構的復合材料。為了增加納米添加物與聚合物的界面結合力，提高納米微粒的均勻分散能力，需對納米粉末進行表面改性。主要是降低粒子的表面能態(tài)、消除粒子的表面電荷、提高納米粒子與有機相的親和力、減弱納米粒子的表面極性等。一般可采用6種方法對納米粒子進行表面改性：一是表面覆蓋改性。利用表面活性劑覆蓋于納米粒子表面，賦予粒子表面新的性質。常用的表面改性劑有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯類偶聯(lián)劑、硬脂酸、有機硅等；二是機械化學改性。運用粉碎、摩擦等方法，利用機械應力作用對納米粒子表面進行激活，以改變表面晶體結構和物理化學結構，這種方法使分子晶格發(fā)生位移、內能增大，在外力的作用下活性的粉末表面與其他物質發(fā)生反應、附著，達到表面改性目的；三是外膜層改性，在納米粒子表面均勻地包覆一層其他物質的膜，使粒子表面性質發(fā)生變化；四是局部活性改性，利用化學反應在納米粒子表面接枝帶有不同官能基團的聚合物，使之具有新的功能；五是高能量表面改性，利用高能電暈放電、紫外線、等離子射線等對納米粒子進行表面改性；六是利用沉淀反應進行表面改性，利用有機或無機物在納米粒子表面沉淀一層包覆物，以改變其表面性質。以上方法中最簡單和最常用的方法是添加界面改性劑，即分散劑、偶聯(lián)劑等，分散劑能降低納米粒子的表面能、改善填料的分散狀況，但不能改善填料納米粒子與基體的界面結合，偶聯(lián)劑即可與基材有強的相互作用。

普通填料加入到高分子材料中一般使拉伸強度明顯降低，而采用納米粉末填充的復合材料，其拉伸強度卻會有所增加，并在一定范圍內出現(xiàn)極值。如納米sio2填充復合材料的拉伸強度在sio2體積分數(shù)為4%時達到最大值。研究表明，采用納米caco3填充聚乙烯，復合材料的斷裂延伸率提高。對于復合材料楊氏模量的影響也是如此，即微米級填料使楊氏模量增長平緩，而納米級填料則可使楊氏模量急劇上升，這是因為納米粒子表面原子比例高，易于與聚合物充分地吸附、鍵合。研究還發(fā)現(xiàn)，采用不同種類的納米粉末混合填充聚合物，將使復合材料的性能在某一點上出現(xiàn)極值。這是由于不同粒子的官能團種類、數(shù)目及表層厚度不同，在粒子與基體作用的同時，粒子之間也相互吸附，從而表現(xiàn)出協(xié)同效應。例如，采用超微細caco3或滑石粉都會使沖擊強度、斷裂延伸率減小，但是兩種粉末同時加入所產生的協(xié)同作用使得沖擊強度和斷裂延伸率均增大。

塑料的增韌增強改性方法較多，傳統(tǒng)的方法有共混、共聚、使用增韌劑等。無機填料填充基體，通常可以降低制品成本、提高剛性、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，然而往往帶來沖擊強度和斷裂延伸率的下降。往硬性塑料中加入橡膠彈性粒子，可以提高沖擊強度，但拉伸強度卻下降。往高分子材料中加入增強纖維，可以大幅度提高其拉伸強度，但沖擊強度特別是斷裂延伸率往往有所下降。近年來采用液晶聚合物對高分子材料的原位復合增強等，可使復合材料的拉伸及沖擊強度均有所改善，但斷裂伸長率仍有所下降。納米技術的出現(xiàn)為塑料的增韌增強改性提供了一種全新的方法和途徑。納米粒子表面活性原子多，可與基體緊密結合，相容性比較好。當受外力時，粒子不易與基體脫離，而且因為應力場的相互作用，在基體內產生很多的微變形區(qū)，吸收大量的能量。這就使得復合材料能較好地傳遞所承受的外應力，又能引發(fā)基體屈服，消耗大量的沖擊能，從而達到同時增韌和增強的效果。例如，聚丙烯(pp)增韌增強改性以往多采用橡膠類彈性體共混合纖維、填料的填充共混方式，近年來開始用納米級無機填料填充聚合物。1991年日本豐田汽車公司與三菱化學公司共同開發(fā)成功pp/epr(乙丙橡膠)/滑石粉納米復合材料，克服了以往pp改性材料韌性增加而斷裂延伸率下降的缺點，它兼具高流動性、高剛性和耐沖擊性，用于制造汽車的前、后保險杠，并于1991年實現(xiàn)商品化生產，該材料被稱為“豐田超級烯烴聚合物”。面對今后汽車的設計、制造向全球化發(fā)展的趨勢，豐田公司計劃使這種pp納米復合材料成為汽車上統(tǒng)一使用的標準材料。豐田公司還計劃將目前汽車上用的7種外裝飾樹脂材料和13種內裝飾樹脂材料研究開發(fā)成納米復合材料。目前日本已將納米聚合物復合材料廣泛應用于汽車工業(yè)、食品包裝等，其他潛在的應用還包括飛機內部材料、電工和電子元件、防護罩結構部件、制動器和輪胎等。目前國際上幾乎所有的塑料行業(yè)都涉足本項目的研究發(fā)，研究內容也擴展到各種聚合物體系。

目前國內揚子石化研究院研制成功納米聚丙烯復合材料，是在聚丙烯基料加入納米粉末，使其聚集態(tài)及結晶形態(tài)發(fā)生改變，從而具有了新的性能，即保持了原有剛性，而韌性大幅度提高，是國內首創(chuàng)。用這種材料制成箱包，既堅硬，又不易碎裂。用它制造汽車零部件，可代替高品質的塑料和鋼材。國內其他科研單位和產業(yè)部門也有相關研究的報道，但多局限于個別體系，且尚無規(guī)模化產品問世。隨著中國加入wto的臨近，汽車制造商提出汽車零部件要求兼具高剛性和高韌性，而目前國內汽車保險杠專用料等多是高韌性，但剛性降低的pp改性料。國內有豐富的pp資源，為了適應新的形勢要求我們應盡快開發(fā)納米粒子改性pp材料

作者: 牛比的波波 時間: 2010-9-10 20:41
了解了一些謝謝LZ

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