论文 我国尼龙纳米复合材料的研究进展01Word下载.docx

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PA具有良好的机械物理性能及优越的性价比，如自润滑性能好、强度高、耐磨、耐溶剂等，广泛应用于纺织、造船、汽车制造、航空航天、医疗器械和精密仪器仪表等领域[2]。

但PA也存在不足处，其酰胺极性基团导致吸水率大，耐低温和干态冲击强度低，不耐强酸强碱，抗蠕变性能差、尺寸稳定性差和易燃烧等缺陷，对其应用起到了很大限制作用[3]。

为了不断提高性能，扩大PA应用领域，需要对其进行改性处理。

近年来PA的改性领域研究主要是向高冲击、高刚性、高耐磨性、低吸水性、和优化加工性能等高性能、高品质方向发展。

其中利用纳米技术进行改性研究又是最主要的发展方向之一。

1尼龙纳米复合技术

1.1尼龙纳米复合技术概述

尼龙纳米复合材料是第一类工业化的聚合物纳米复合材料，被美国材料学会誉为“21世纪最有发展前途的新兴材料”，具有高强度、耐热性、高阻隔性和加工性能好等优点，广泛受到科学界和工业界的高度关注，成为化学、材料学、物理学和现代仪器学等多学科领域研究的热点[4]。

纳米复合材料是指分散相尺度在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1～100nm量级）的一类复合材料，具有优良的特殊效应，其比表面积大，与聚合物间的作用点多，并具有宏观量子隧道效应，改性效果好[5-6]。

但纳米颗粒的高比表面积产生的强界面作用易使其凝聚而难以在聚合物中保存和稳定分散，因此需采用分散剂使其优异性能在聚合物中发挥出来，才能获得性能良好的复合材料[7]。

1.2尼龙纳米复合材料的制备方法

通常，通过纳米填充物生产纳米复合材料的方式主要包括直接共混法、溶胶-凝胶法、插层复合法和原位聚合法等[8]。

共混法是将不种形态的纳米粒子通过各种有效方式与聚合物基体混合制备成纳米复合材料，又可分为溶液（或乳液）共混、熔融共混和机械共混等方法。

共混法较为简单，缺点是很难实现纳米粒子以原生态形式均匀分散在聚合物基体中。

溶胶-凝胶法是将化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理成为氧化物或其它固体化合物的方法。

但因溶剂易挥发，会使材料收缩而脆裂，且诸如甲苯、氯仿、乙腈等溶剂对环境有害。

插层复合法是利用层状无机物作为主体，可分为溶液插层、熔融插层法等。

工艺简单、原料来源丰富，是较为传统的加工工艺。

通过此法制备的纳米复合材料填充体系膨胀系数小、热稳定性和尺寸稳定性好[9]。

但是无机纳米粒子的表面极性使其与聚合物的界面粘结性差，难以在聚合物基体中均匀分散，影响了复合材料的综合力学性能和加工性能[10-11]。

原位聚合法又称在位分散聚合法，是在强烈搅拌或超声波的作用下将纳米颗粒均匀分散在聚合物基体上，形成完美纳米弥散相。

原位聚合法克服了以上几种方法的缺点，粒子的纳米特性完好无损，基体经一次聚合成型，避免降解，从而保证各种性能的稳定。

目前，原位聚合制备PA纳米复合材料受到国内外学者的广泛关注[12-13]。

但有关原位聚合制备尼龙纳米复合材料的报道还相对很少。

2PA/无机物纳米复合材料

无机颗粒填料价格低廉且来源丰富，能提高复合材料的刚性、硬度、热和稳定性等。

常选用的无机物有蒙脱土、氢氧化镁、二氧化硅等。

2.1PA/蒙脱土纳米复合材料

蒙脱土（MMT）作为一种无机纳米填料，少量填充便能大幅度提高复合材料的综合性能[14]。

杨凤等[15]采用原位聚合法制备了聚乙烯／蒙脱土纳米复合材料。

马宁等[16]采用熔融共混法制得PA66/Na-蒙脱土（OMMT）复合材料的结果显示，OMMT对PA66/OMMT复合材料的非等温结晶行为、导电性等有重要影响。

吴刘锁等[17]利用原位聚合法制备了PA66/有机蒙脱土纳米复合材料，通过透射电子显微镜（TEM）观察结果表明：

蒙脱土以纳米尺度均匀分散在PA66基体中，蒙脱土的加入可提高成炭率，有效改善复合材料的热稳定性、力学性能和阻燃性能。

2.2PA/氢氧化镁纳米复合材料

刘生鹏等[11]将硅烷偶联剂—硅烷（KH-550）接枝到纳米氢氧化镁（NMH）表面，得到改性NMH（MNMH），通过原位聚合法制备了PA6/MNMH纳米复合材料。

采用扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（FTIR）、热失重分析和力学性能测试对改性前后复合材料的结构和性能进行表征与测试，分析表明：

MNMH表面能成功接上硅烷，起到界面相容剂作用，并明显改善熔体流动性和加工性能。

MNMH的填充量为1%、5%和10%时，PA6/MNMH纳米复合材料的冲击强度分别比PA6/MNH纳米复合材料提高45%、50%和44%。

2.3PA/二氧化硅纳米复合材料

蒋元博等[18]用硅烷偶联剂—A171和KH550对纳米SiO2进行分散处理，用注射成型法制备PA1010/SiO2纳米复合材料，结果表明：

纳米SiO2表面的改性处理可以降低PA1010基体的结晶度和摩擦因数，提高拉伸强度、硬度和耐磨性。

徐翔民等[19-20]采用原位修饰技术对纳米SiO2进行表面改性处理，用熔融共混法制备出尼龙66/SiO2纳米复合材料，并用FTIR、X射线光电子能谱（XPS）及TEM对其界面进行分析。

结果发现：

经过表面改性的SiO2和PA66基体发生相互作用，形成基于共价键和氢键连接的一种界面层结构，可有力提高复合材料的拉伸强度，但对缺口冲击强度的影响不明显。

并且随着纳米SiO2含量的增加，复合材料的拉伸强度和弹性模量逐渐提高。

3PA/碳纳米管复合材料

碳纳米管（CNTs）是一种结构材料和功能材料，具有高轻度、高弹性模量及纳米尺寸，其碳原子之间存在三种原子力：

δ键、C-C键之间的π键及多壁碳纳米管层与层之间的相互作用力[21]。

CNTs的膨胀系数比高于蒙脱土填充物材料，PA/CNTs复合材料具备良好的导电性、热传导性和超强力学性能，可望用于汽车、飞行器、电子机械制造等领域。

邱丽等[22]用熔融共混法制成CNTs/PA66复合材料，分析结果表明，CNTs均匀分布在PA66基体中，且界面结合力强，复合材料的熔融峰温度略为降低，结晶峰温度增加，硬度和弹性模量增加。

张玲等[23]利用静电相互作用在玻璃纤维（GF）表面分别复合纳米SiO2和多壁碳纳米管（MWNTs），成功制备了PA6/GF-SiO2和PA6/GF-MWNTs复合材料。

结果显示，纳米SiO2和MWNTs复合增强体能加快PA6的结晶速度，并明显提高玻璃化温度、动态模量拉伸强度和结晶温度等，其中GF-MWNTs对复合材料性能的提高作用最明显。

李宏伟等[24]用原位聚合法制备PA6/MWNTs复合材料，动力学分析显示MWNTs有承和作用，可提高PA6的结晶温度。

王国建等[25]用原位聚合法制备了CNTs/PA66复合材料，证明复合材料的结晶速率、结晶温度和结晶完整性得到提高。

4其他纳米填充物

另外还有一些纳米填充物正在调研中，例如片状石墨、碳纳米纤维、合成黏土、天然纤维（大麻、亚麻）和纳米复合光电薄膜（POSS）等。

它们或多或少可以与上述几种填充物互补，像纤维增强材料可大幅度地提高基体的刚性和强度等。

瞿超等[26]用聚四氟乙烯（PTFE）和二硫化钼（MoS2）填充PA1010，结果表明，随着PTFE含量越低、MoS2含量越高，复合材料的摩擦磨损性能更好。

为了获得更优良的尼龙复合材料，可通过几种不同类型的填充物混杂增强。

6结语

随着我国科学技术的进步和塑料工业的发展，人们对PA结构和功能的要求必将越来越高。

采用各种改性方法制备高性能PA纳米复合材料的理论研究和应用前景十分广阔。

今后。

应进一步探索和大力开发更多更优良的制备PA纳米复合材料的新方法和新工艺，使PA纳米复合材料向产业化方向发展。

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