聚合物纳米复合材料的特性及性能

6.2.3　聚合物纳米复合材料的特性及性能

聚合物纳米复合材料具有明显的特性，它既具有聚合物的优势，又具有纳米材料的性质，还具有复合材料的性能。如层状硅酸盐-聚合物插层复合材料具有以下特征：

①层状无机物用量少，质量轻，复合材料强度高，刚性好；

②层状硅酸盐片层可在二维方向对聚合物起到增强的作用；

③由于片层与聚合物基体间的相互作用，复合材料具有优良的耐热性，尺寸稳定性和阻燃性；

④利用层状硅酸盐片层摩擦系数小的特性，可以显著改善复合材料的成型加工性能；

⑤使用白度较高的层状硅酸盐，材料具有优越的色调和外观特性。

表6-4、表6-5为聚合物与蒙脱土/聚合物纳米材料的部分性能比较。

可见聚合物纳米复合材料具有明显的优势，该研究方向是目前材料领域极具活力的方向之一，其中许多研究成果已被应用于实际生产。

表6-4　蒙脱土/PET与PET性能比较

表6-5　蒙脱土/PA6纳米材料及纯PA6的气液阻隔性能对比

注：氧气透过率条件：23℃，65%RH。

十几年来，日本丰田中央研究所在尼龙/粘土纳米复合材料(NCH)的制备、表征、结构与性能的研究方面取得了重要的进展，已将NCH专利技术授权给一些公司如Nanocor及Ube生产。Ube公司用它来制造聚合物薄膜、建筑材料和汽车配件，如食品包装用尼龙-6阻隔性薄膜和丰田汽车发动机皮带罩。与非填充的尼龙-6比较，NCH拉伸模量提高68%，弯曲模量提高126%，热变形温度从95℃提高到150℃。NCH薄膜的氧渗透性仅为尼龙-6的一半。日本Unitika公司将尼龙-6纳米复合材料用于注射模塑，由丰田Tsusho推向北美市场。用Unitika专利技术生产的尼龙M2350已被三菱公司用于GDL型电机盖。由于使用了纳米复合材料，其重量减少了约20%，并具有极高的表面光洁度。尼龙M2350还应用于照明灯盖和刀把。

美国伊斯曼化学公司与Nanocor联合，成功开发了用于多层聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)容器的尼龙纳米复合材料。这种尼龙纳米复合材料具有很高的氧阻隔性，用含有质量分数为0.01～0.03粘土的尼龙复合材料制成的多层瓶与有高阻隔性尼龙和PET制成的多层瓶相比，阻隔性好得多，大大减少阻隔层的厚度，并可以在现有设备包括预制坯注塑机和瓶拉坯吹塑机上加工，可望替代玻璃瓶作为啤酒包装容器。如美国Honeywell公司的Aegis OX中的纳米粘土作为阻隔层，其氧透过率是尼龙的1/100，氧的渗入几乎为零；作为三层聚酯瓶的阻隔层材料使聚酯瓶达到啤酒4个月和果汁6个月的保质期要求，可与玻璃瓶相比。如进一步调节工艺，完全可达到180天的保质期，可与现有的任何其它啤酒阻隔包装竞争。图6-3、图6-4分别为纳米PET瓶(联科公司)和PA6/粘土纳米复合材料制造的薄膜与纤维制品。

图6-3　纳米PET瓶(联科公司)

图6-4　PA6/粘土纳米复合薄膜与纤维制品