原位插层聚合纳米mmt改性pa6结构及性能研究

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1、湖北工业大学硕士学位论文第1章聚合物／蒙脱土纳米复合材料研究概况1．1纳米复合材料介绍近年来，纳米复合材料一直是材料科学研究的热点领域。纳米复合材料由于其综合性能优异、用途广泛、使用条件宽广，越来越受到人们的重视和青睐。复合材料是指两种、或者两种以上的化学和物理性质不同的材料以微观或宏观组合的多组分、多相结构材料。复合材料一般包括：金属基、陶瓷基以及聚合物基复合材料等。其中聚合物基复合材料的发展和研究最引人瞩目，聚合物基复合材料把无机材料的高模量、高尺寸稳定性以及优良发光、电、热等特性与高分子材料良好的加工流动性、电绝缘性、韧性以及低密度等优点很好的

2、结合在一起，表现出优异的综合性能。聚合物基体和增强剂之间发生协同作用，使复合材料性能大大提高，而不是混合物中两组分的性能的简单加和。纳米复合材料与传统复合材料相比，具有自身的一些特殊性能⋯：1．协同增强增韧效应。无机材料刚性强尤为显著，有机材料韧性好，两者的复合易使有机材料的刚性提高的同时导致材料韧性下降。无机纳米材料对有机聚合物基体的改性，充分发挥无机材料的增强效果的同时，又能达到增韧复合材料的目的，这也是纳米材料对聚合物基体改性最引人注意的显著效果之一。2．新功能性高分子材料。传统功能高分子材料大多以损失力学性能来获得材料的功能性，通过特定的官能

3、团使其表现出与特定官能团相应的功能性。而纳米复合材料则是通过纳米材料改性聚合物基体而赋予其新的功能，纳米改性材料以纳米尺度均匀分散在复合材料基体中，而不是通过化学官能团作用使其表现出诸如高效催化、光电转化、导电性能、紫外屏蔽等的相应功能性。3．高强度、高模量。普通无机粉体虽然有较好的刚性，与聚合物基体复合时可以较大程度地提高复合材料的强度和模量，却使材料的韧性降低，复合材料综合性能下降，而无机纳米材料对聚合物有更为明显的增强效果的同时对聚合物基体还有增韧作用。通过插层复合法制备的尼龙6／粘土纳米复合材料比与纯尼龙6的强度、模量均显著提高，尼龙6／粘土

4、纳米复合材料做为是综合性能优异的工程塑料，已广泛的应用于汽车部件等领域。4．阻隔性能良好。复合材料的制备过程中，聚合物分子链进入到无机纳米材料片层，无机层状纳米复合材料可以在二维方向阻碍或延长各种气体的透过复合材料，从而达到良好的阻燃和气体阻隔性。聚合物粘土纳米复合材料阻隔性能优良，复合物中粘土含量仅为2wt％可以使其对水蒸汽的阻隔性提高1倍，同时湖北工业大学硕士学位论文也大大提高了对其它气体(He，02)的阻隔性能，日本宇部和丰田公司已成功将其应用在包装行业。5．耐热性和尺寸稳定性突出。插层纳米复合材料的制备过程中，聚合物分子链进入到层状无机纳米材

5、料片层之间，分子链段的运动受到一定程度的限制，从而提高了复合材料的耐热性和尺寸稳定性。纳米技术是20世纪80年代末期诞生，Royt2'3J等将纳米复合材料称为：至少有一种分散相的一维尺度在lOOnm以内的复合材料。纳米复合材料的分类方法多种，不同的角度有不同的分类方法，从材料学角度可将其分为纳米非金属材料、纳米金属材料以及两种材料组成的纳米复合材料，其中纳米非金属材料包括纳米陶瓷材料和纳米聚合物材料。纳米聚合物材料指由聚合物组成且基本尺寸至少有一维在lOOnm以内的材料。按维数来分，纳米材料的基本单元分为三类：(1)零维，在空间三维均处于纳米范围内，

6、如纳米颗粒、纳米团簇等【4'5．6】；(2)一维，三维空间中有两维在纳米尺度范围内，如纳米线、纳米棒、纳米管等【7'8，9，10，11，12】；(3)二维，指在三维空间中有一维处于纳米尺度，如纳米片、超晶格等[13,14,15】。由于纳米复合材料的分散相尺寸至少有一维处于纳米级别，即小于100nm的范围，由于其极大的比表面积足以产生如下的一些特殊效应[16,17】：(1)量子尺寸效应量子尺寸效应的定义为当微粒粒子尺寸下降到一定范围，金属费米能级附近的电子能级发生一定程度变化，由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最

7、低未被占据的分子轨道能级，会引起能隙发生一定得变化，能隙变宽的现象。对于仅有有限个导电电子的超微粒来说，低温下能级是处于离散状态的：纳米微粒包含的原子数有限的，易导致能级间距发生程度不同的分裂，当分裂后的能级间距大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，必须考虑微粒的量子尺寸效应，这会使纳米微粒的磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性发生明显的差异。(2)小尺寸效应小尺寸效应为当超细微粒的尺寸与德布罗意波长、光波波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相比相当或更小时，很容易破坏晶体周期性的边界条件，引起晶体周期性发生变化

8、；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等特性呈现的变化。，纳米粒子的小尺寸效