1纳米材料的特性当材料的尺寸进人纳米级，材料本身便会呈现许多奇怪的簇新的物理性能1：小尺寸效应4超轻微粒的尺寸9光波波长，德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体间期性的边境条件将被毁坏；非晶态纳米微粒的颗粒外表附近原子密度减小，招致声、光电、磁学、热学、力学等特性呈现新的小尺寸效应纳米微粒的小尺寸效应使其具有共同的物理化学性能若将纳米粒子添加到聚合物中，不但能够全面改善聚合物材料的力学性能，还nj赋予材料新的功能外表效应随着纳米粒子粒径的减小。其外表积增大，外表原子所占比例急剧增加，当粒径为1nm时，纳米材料简直全副由单层外表原子组成由丁外表原子数增多，原子配位缺乏以及高的外表能使这畔外表原子具有高的活性，极不稳定，很容易5其它原子联合，若将纳米粒子添加到聚合物中，这些具有不饱和性质的外表子就很容易同聚合物分子链段发作物理化学作用这样两者不但能够通过范德华作用力相联合，而且纳米粒子还4同聚合物分子链段上的活性点发作化学反馈而联合。

　　正是由于纳米材料本身所具有的奇特性质，使其在光、电、磁、力学等方面表现出许多奇怪的物理和化学性能，在许多方面具有重要的应用价值。

　　2工程塑料/纳米粒子复合材料将纳米材料与高聚物相复合。可制得聚合物/纳米粒子复合材料采纳通用塑料与纳米材料相复合的钻研非常宽泛，技术也比较成熟1，这里不再赘述。

　　将纳米材料与工程塑料相复合可制得工程塑料/纳米粒子复合材料-该类复合材料可将程塑料的各项优良性能勺纳米材料的一咚特异性质如导电性、导磁性、电磁波吸收性等完满地联合，从而获得性能更加优良，价格更加合理、应用领域更多的一类新型材料2.1工程塑料/纳米粘土复合材料将聚合单体或聚合物分子与粘土、云母等层间距为纳米级的层状无机物复合，不只可形成“嵌人纳米复合材料”，而且可使片层物均匀地分散于聚合物中形成“层离纳米复合材料'目前对纳米粘土类复合材料的钻研最多，成绩应用也较广。依据插层模式的不同，可分为下列几种：插层聚合插层聚合又称为原位插层聚合，将聚合物单体先嵌人片层中，再在热、光引发剂等作用下聚合，有层膨胀化处置和处置后粘土与聚合物单体的聚合分为两步停止：A.Lsuld等：7.‘采纳”二步法“制备了尼龙（PA）6/纳米粘土复合材料，其办法是先用1218烷基氨基酸作插层剂对纳米蒙脱土停止阳离子替换处置，然将阳离子替换后的蒙脱土与e-己内酰胺混合在常规条件下聚合而制得聚合过程中，纳米蒙脱土的均匀粒径由原来的50pm解离为40ni，均勾分散丁PA6体屮该法的毛病，-是粘七的膨胀化处置过程：增加设施，消耗大量的间和能量，招致消费本钱回升，屯产效率>-降；二适处置P的粘十与聚合物熔体的混合物缺乏活动性，使得粘土不易均勾分散在聚合物单体中，从而招致熔体缩聚丁艺较难及材料性能的下降为了进步无机填料与聚合物基体之间的互相作用，并抵达纳米尺度的分散，漆宗能等：8开发了”一步法“制备聚合物/纳米粘土复合材料的办法，即将粘土阳离子替换反馈、聚合物单体插层后的粘土与聚合物单体共聚合在反馈器内一次完成，使粘土通过库仑力与聚合物基体联合并以纳米尺度均匀地分散在聚合物基体中，从而制成高性能的聚合物/纳米粘复合材料。

　　溶液或乳液插层通过溶液或乳液将聚合物嵌人片层中。GuillmrmJimenez等：9：将聚己内酰溶于氯仿中制得溶液，再加人纳米蒙脱土，使聚己内酰胺分子嵌入蒙脱土片层中，制得了聚己内酰胺/纳米蒙脱土复合材料该办法的关键是寻找适宜的单体和相容的聚合物粘土矿溶剂体系。

　　关于一些特种工程塑料如聚苯硫醚（PPS）很难找到溶剂，因而此法对这些聚合物有一定的局限性。

　　熔体插层将插层剂插人到准二维硅酸盐粘土片层间，使粘土片层撑开，进而依靠分子链与插层剂有机基团间的互相作用以及螺杆的剪切力，使高分子链插人到粘土片层间并将片层解离，使粘土抵达纳米尺度的均匀分散，形成篼聚物/纳米粘土复合材料。与插层聚合法相比，该法不需溶剂、耗时短、操作简略、效率高、合适大多数聚合物、易于工业化应用，且性能与原位插层聚合材料相当。戈亮堂通过钻研证明聚甲醛（POM）的分子链中带有氧基团，能够与蒙脱土中的羟基形成氢键，所以对蒙脱土不用停止有机化处置，可直接与POM熔融共混形成纳米复合材料。但在对聚醚酰亚胺（PEI）/纳米粘土复合材料的钻研过程中，A.B.Morgan等认为，为提篼纳米粘土与聚合物的相容性而对纳米粘土停止的有机化处置不能承受熔体插层的高温，因而熔体插层对PEI类特种工程塑料是不适用的。此法是否适用于其它高熔点聚合物尚有待深人钻研。

　　插层法工艺简略、原料来源丰硕、价廉。该法的关键技术是对片层插层前的处置，利用插层剂建设纳米粘土与高聚物的连贯桥梁。不同的聚合物应选用不同的插层剂，最常用的插层剂为烷基铵盐，也有用其它有机盐或中性分子类衍生物的。此外，不同的加工办法所选用的插层粘土也是有区别的。值得留神的是，制备纳米蒙脱土的膨润土中蒙脱石含量应大于95%，而自然界很难找到这样的原矿，须要经过提纯。

　　上述办法制得的工程塑料/纳米粘土复合材料的件能比普通树脂基复合材料有了很大进步，表如今1：13：：①密度小，只需参与很少质量分数的纳米材料即可具有高强度、高韧性及高阻隔性能，而常规纤维、矿物填充的复合材料须要填充高得多的用量，且各项性能指标不能兼顾；②具有优良的热稳定性及尺寸稳定性；③力学性能优于纤维加强聚合物体系，因为层状硅酸盐能够在二维方向上起到加强作用，无需特殊的层压处置；④由于硅酸盐片层平面取向，因而有优良的阻隔性能，有可能取代聚合物/金属箔复合材料，且容易回收；⑤纳米蒙脱土的加人可进步结晶性聚合物如P0M、热塑性聚酯（PET、PBT）等的结晶速率，起到了异相成核的作用，在结晶过程中纳米蒙脱土与P0M等互相作用，使分子链在结晶运动中排列链段所需的能量降低。

　　值得留神的是，美国空军在对聚联二苯醚三苯磷酸酯（PBETP）的纳米材料改性钻研中，发现少量纳米粘土能够显著扭转超高性能聚合物的性质，但这是以降低基体树脂的其它一些优良性能为代价的。关于通过分子设计获得的超高性能聚合物，其性能已非常优良，如何进一步进步其性能而不牺牲其它优良性能，是今后工作面临的挑战。

　　聚合物/纳米粘土复合材料优良的性能使其获得了宽泛的应用。1987年日本丰田公司研制了PA6/纳米粘土复合材料并逐步商品化，已应用于汽车工业；1998年GE公司与Motell公司合作开发的聚合物/有机纳米粘土复合材料也已用作汽车部件；最近Eastman公司研制了一种具有超高阻隔性的PA/纳米粒子复合材料Imperm，其阻隔性能为普通PA的3 -6倍，因而用Imperm成型的包装制品的存储工夫明显延长，使该材料能够宽泛地应用于多种容器的制造。中科院化学钻研所采纳天然蒙脱土作为分散相，将硅酸盐原有构造解离成厚度为1nra、长宽各约为100nm的片层，使之均匀分散在聚合物中，实现了纳米粘土片层在聚合物中的纳米级分散，成功地开发了PA6/纳米粘土复合材料及PET/纳米粘土复合材料，所得材料的各项性能比原基体树脂均有很大的进步；同时，PA6/纳米粘土复合材料也在岳阳石化总厂钻研院中试开车成功，产品性能指标均抵达国外同类产品水平，这标明我国纳米技术在工程塑料方面的应用获得了很大停顿。

　　2.2工程塑料/刚性纳米粒子复合材料用刚性纳米粒子对有一定脆性的工程塑料增韧是改善其力学性能的另一种可行的办法。随着无机粒子微细化技术和粒子外表处置技术的开展，特别是近年来纳米级无机粒子的呈现，塑料的增初改性彻底冲破了以往在塑料中加人橡胶类弹性体的做法，因为这种用弹性体增韧是以牺牲材料的刚性、尺寸稳定性和耐热性为代价的。

　　从复合材料的观点动身，若粒子刚硬且与基体树脂联合良好，刚性无机粒子也能承受拉应力，起到增韧加强作用。

　　关于超微无机粒子增韧改性机理，L.Mascia及李东明等停止过较深人的钻研W，关于刚性粒子增钿聚合物的钻研，已有了不少成功的经历如弗吉尼亚高分子技术钻研所等采纳溶胶-凝胶法将化的PA-聚酰亚胺（PI）与纳米TiO：复合制备了纳米复合材料何春霞等：2<>1钻研了不同纳米材料如纳米Si02、Ti02、Al203、ZiO2等填充的聚四氟乙烯（PTFE），发现纳米A1203含量为10%时PTFE的拉伸强度及断裂伸长率最大，磨损量最小，耐磨性最好，其综合力学性能抵达最佳；而纳米Si02的加人会使PTFE变为典型的脆性材料，其硬度也显著增大，其主要起因是A120，与PTFE的相容性最好，当Al：03含量为10%时与基体协同作用最好；而纳米SiO：与PTFE的相容性最差。

　　李小兵等通过溶胶-凝胶法制备了不同纳米02含量的PI/纳米5；02复合材料。钻研标明，该纳米复合材料具有比PI更高的热稳定性和弹性模量，其热膨胀系数显著降低，拉伸强度和断裂伸长率随纳米《02含量而变迁，当纳米Si02的质量分数别离为10%和30%时呈现最大值，各为基体的1.5倍和3倍。

　　纳米212复合材料，能改善PEEK的摩擦行为，所得材料具有低摩擦系数和磨损率221.总之，采纳纳米刚性粒子填充工程塑料不只会使材料的韧性和强度得到进步，而且其性能价格比也得到了较大进步，并为消费中降低本钱提供了一种新的伎俩：由于T程塑料价格较高，人们希望尽量利用回收料，但热塑性树脂经二次加工后其性能均会有不同水平的下降，而利用刚性纳米粒子对回收料停止改性可有效进步热塑性程塑料的废料利用率和降低本钱，从而缓解资源短缺，并减少环境污染问题。

　　2.3工程塑料/破纳米管复合材料碳纳米管于1991年由S.jmia发现，其直径比碳纤维小数千倍，而性能远优于经常用作加强材料的玻璃纤维。

　　碳纳米管可分为单壁型和多壁型两类。尽管两者非常类似，但其制作办法和性能却不尽雷同，其构造决定了它们具有金属性还是具有半导体性质。碳纳米管的力学性能相当突出，多壁纳米管的均匀弹性模M为1800GPa，拉伸强度（实验值）为305GPa.层间剪切强度高达500MPa，比碳纤维加强环氧树脂高一个数量级。只管碳纳米管的拉伸强度如此之高，但它们并不象碳纤维那样跪，碳纤维在变形约1%时就会断裂，而碳纳米管在变形约18%时才会断裂在电性能方面，将碳纳米管用作聚合物的填料具有共同的劣势。参与少量碳纳米管即可大幅度进步材料的导电性。

　　与导电性炭黑相比，碳纳米管有高的长径比，多壁碳纳米管的均匀长径比可达1000，因而其体积分数可比球状炭黑减少很多，加之碳纳米管的本身长度极短且柔曲性好，用它填充聚合物基体时不会断裂而坚持其高长径比。爱尔兰都柏林Trinity学院231停止的钻研标明，在塑料中加人2%3%的多壁碳纳米管可使其电导率进步14个数量级，即从HT12S/m提篼到102S/m.胡平等钻研了超高分子量聚乙烯（UHMWPE）/碳纳米管复合材料的电件能，发现掺入微量碳纳米管就能显著降低其电阻率利用碳纳米管改善UHM-WPE的导电性充分体现出低含量、高效率的长处用于航天T.业的玻璃纤维加强塑料在11行往汴因外部气流与加强塑料之间产生的摩擦引起静电而十扰无线通讯，而用碳纳米管加强的工程塑料可在大幅度进步材料力学性能的同时处置这一问题。碳纳米管已经在一些国家获得了实际应用，例如美国国家航空与宇宙航行局（NASA）和休斯敦的Rice大学TF.准备将碳纳米管与T.程塑料复合首批应用于航天领域；美国RTP公司开发了一系列碳纳米管配混料，目前可供配混的T.程塑料杳PA、聚碳酸酯（PC）、PC/ABS合金、PET（PBT）、PPS、PEI和PEEK，其它工程塑料的配混料也在开发之中：，2.4工程塑料/金属（金属氧化物）纳米粉复合材料⑴金属或金属氧化物纳米粉往往具有常规材料所没有的特性。假如用这种纳米材料与T程塑料复合将会得到具有特异光电功能的特种T程塑料，将其用于各种高技术产业会有广大的开展空间，金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用铁、钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可用作军用高性能毫米波隐形材料、可见光-红外线隐形材料和构造式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料。另外，铁、钴、镍等的纳米粉有相当好的磁性能；铜纳米粉有优良的导电性。用这些金属（金属氧化物）纳米粉与工程塑料复合可予工程塑料许多新的功能，使其能更宽泛地应用于军事、航空航天、电子等高、精、尖产业。

　　3现状与展望目前在对工程塑料/纳米粒子复合材料的钻研中存在的主要问题是，由于工程塑料一般性能较高，熔体粘度较大且加工温度较篼，这就给已有很大外表能的纳米粒子在基体中的分散形成了艰难。国外对这方面的钻研已开展了近20年，并在一些方面获得了很大的停顿，尤其是对PA、PI、PET（PBT）等的改性已有了较为成熟的科技成绩并已逐步商品化，但对特种T程塑料或高性能树脂如PPS、PEEK等的纳米材料改性钻研尚有待深刻，一旦在该领域获得突破，将会进一步进步和丰硕特种T程塑料的优良性能，促进特种工程塑料和纳米复合材料的开展，我国对纳米材料的钻研起步虽晚，但开展很快，与国外相比，某些方面的钻研工作如漆宗能等对聚合物/纳米粘土复合材料的钻研，黄锐等利用刚性粒子对聚合物改性的钻研都在学术界极有影响，处于世界先进水平。另外，王琪等开发的磨盘法制备聚合物/纳米粒子复合材料也是一种很有开展前景的制备伎俩。

　　对纳米材料的钻研只管非常热门，但由于其构造复杂、微区尺寸小，加之有量子效应、外表效应等因素，使人们对其构造、形态特征与材料性能的关系尚未完全判明，合成办法也大多基于合成宏观材料的改进，存在着一定的局限性，未来如能借鉴自然界生物材料的合成办法，对纳米材料的开展会有很大的促进作用u但无可否定，随着便宜纳米材料的一直开发、应用，粒子外表处置技术的一直进步，纳米材料加强、增韧聚合物机理钻研的一直完善，用纳米材料改性的T程塑料将逐步向T.业化的方向开展，其向用前景会更加诱人