納米塑料的其他性能

1、11.5.2 11.5.2 納米塑料的其他性能納米塑料的其他性能 1 納米塑料的各向異性 指基體為高分子聚合物，通過納米粒子 在塑料樹脂中的充分分散,有效地提高了 塑料的耐熱、耐磨等性能。使普通塑料 具有陶瓷材料一樣的剛性和耐熱性，同 時又保留了塑料本身所具備的韌性、耐 沖擊性和易加工性。 亦稱“非均質(zhì)性”。物體的全部 或部分物理、化學(xué)等性質(zhì)隨方向 的不同而各自表現(xiàn)出一定的差異 的特性。即在不同的方向所測得 的性能數(shù)值不同。 尼龍-層狀硅酸鹽納米塑料中，熱脹系數(shù)熱脹系數(shù)就是各向異性的。 層狀硅酸鹽是2:1型黏土礦物質(zhì)，主要有蒙脫土、蛭石、水 輝石、海泡石組成。在注射成型時的流動方向的熱膨脹系

2、數(shù)為垂直方向的一半，而純尼龍為各項同性的純尼龍為各項同性的。從透射電 鏡照片可以看出，1nm厚的蒙脫土片層分散在尼龍基體中， 蒙脫土片層的方向與流動方向一致，聚合物分子鏈也和流 動方向相平行。因此，各向異性可能是蒙脫土和高分子鏈 取向的結(jié)果。 1.1.各向異性：各向異性： 2.2.熱力學(xué)性能：熱力學(xué)性能： 材料科學(xué)與工程系教授Giannelis初步提出一個基于平均場的晶格熱力學(xué)模型。并提出了幾點假設(shè)： 各種組分的構(gòu)象和相互作用是獨立的 雜化物形成的自由能變化可分成獨立的熵和焓兩項 熵是聚合物和硅酸鹽（包括層間的烷基銨離子）構(gòu)象變化的總和 硅酸鹽構(gòu)象的變化可用修正的Flory-Huggins晶格

3、模型來測定，在這個模型中，占據(jù)的晶格模擬烷 基銨陽離子在不能穿透的硅酸鹽片層之間的取向 插層聚合物鏈的約束，與用自洽場法處理的、在兩表面之間具有排斥體積的無規(guī)飛行聚合物相似 對于焓，應(yīng)用一個修正的平均場。在這個方法中，每個晶格位置相互接觸的數(shù)目被每個晶格位置 相互作用面積所代替，允許相互作用參數(shù)用單位面積的能量來表示，并且可用界面或表面能近似表 示。 Giannelis的研究表明的研究表明 由于聚合物的限制，熵的損失（這通常阻止插層）必須由層的分離 而獲得補償。如果熵的損失大于或等于熵的獲得，則焓就決定插層 是否發(fā)生。如果焓不能補償熵的損失，就沒有插層的發(fā)生，導(dǎo)致非 分散或不相容雜化物。理想的

4、聚合物應(yīng)當(dāng)具有極性或含有能和硅酸 鹽表面相互作用的官能團。聚合物和硅酸鹽的作用越強，就會形成 插層雜化物直至剝離型雜化物。 納米材料在耐摩擦功能橡膠制備中應(yīng)用納米材料在耐摩擦功能橡膠制備中應(yīng)用 納米材料在阻燃功能橡膠制品中的應(yīng)用納米材料在阻燃功能橡膠制品中的應(yīng)用 11.5.3 11.5.3 納米材料在橡膠制品中的應(yīng)用納米材料在橡膠制品中的應(yīng)用 納米材料在提高橡膠制品熱穩(wěn)定中的應(yīng)用納米材料在提高橡膠制品熱穩(wěn)定中的應(yīng)用 2021-6-29 一、納米材料在阻燃功能橡膠制品中的應(yīng)用納米材料在阻燃功能橡膠制品中的應(yīng)用 在有機蒙脫土/天然橡膠納米復(fù)合材料中，橡膠大分子鏈插層后，一方面蒙脫土?xí)?對層間大分子

5、層間大分子產(chǎn)生一定的阻隔作用，另一方面蒙脫土能夠促使有機蒙脫土/天然橡膠 納米復(fù)合材料燃燒表面形成炭層燃燒表面形成炭層，炭層能夠減緩燃燒熱向未燃部分的熱反饋以及分解 產(chǎn)物向火焰區(qū)的擴散，抑制了揮發(fā)物產(chǎn)生，起到了良好的阻隔作用，從而能降低燃燒 過程中的熱釋放速率。同時，蒙脫土良好的吸附作用可以吸收一部分成炭，降低生煙 速率。有機插層蒙脫土的加入可以賦予材料較好的阻燃性阻燃性和抑煙性抑煙性。 另外，華南理工大學(xué)李博等人采用機械混煉插層法制備了有機蒙脫土/天然橡膠納 米復(fù)合材料實現(xiàn)了無機片層在橡膠基體中的納米材料級分散。并且能有效的較低天然 膠的HRR值，表現(xiàn)出良好的吸附成炭作用，明顯改善了天然橡膠

6、的抑煙效果。 洛氏硬度標(biāo) 尺的一種 機械混煉插層法：機械混煉插層法：橡膠與改性后的層狀硅酸鹽如蒙脫土、高嶺土等進 行機械混煉，依靠機械的剪切力實現(xiàn)插層。目前已經(jīng)用這種技術(shù)制備 了粘土/丁腈膠、粘土/硅橡膠等嵌入復(fù)合材料。 優(yōu)點：優(yōu)點：工藝簡單，成本較低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，具有良好的抗老化性 能。 缺點：缺點：插層的動力為物理作用，且粘度高，故分散相為多層粘土晶層 的緊密結(jié)合體，相疇尺寸較大，且界面為物理作用。 其他制備方法其他制備方法 溶膠溶膠-凝膠法凝膠法 原位聚合法原位聚合法 共混法共混法 機械共混：機械共混：利用橡膠廠常用的煉 膠機，趁膠料處于粘流狀態(tài)便將 納米材料與膠料直接共混。 溶液共

7、混：溶液共混：在橡膠溶液中加入納 米粉體，攪拌均勻，除去溶劑后 經(jīng)干燥得到復(fù)合體。 乳液共混：乳液共混：用膠乳取代溶液，加 入納米粉體，攪拌均勻，除去溶 劑后經(jīng)干燥得到復(fù)合體。將分散體的前驅(qū)體與單體或聚合物混合 后溶解，通過前驅(qū)體的水解和縮合，生 成分散相。 將納米粒子添加到單 體溶液中，借助于超 聲波沖擊分散，然后 進行聚合。但難度大、 污染環(huán)境。 二、納米材料在耐摩擦功能橡膠制備中應(yīng)用二、納米材料在耐摩擦功能橡膠制備中應(yīng)用 要點要點1 1：納米超細(xì)微粒材料僅僅依靠機械加工剪切力無法打開團聚體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)納米級分散 要點要點2 2：納米超細(xì)微粒材料在橡膠中達(dá)到納米級分散才可能充分發(fā)揮其耐摩擦的特

8、性 要點要點3 3：羧基聚丁二烯（液體橡膠）與生產(chǎn)所需橡膠相容性好，能均勻分散在橡膠中 要點要點4 4：納米超細(xì)微粒自身的羥基和羧基聚丁二烯中的羥基發(fā)生反應(yīng)，使自身在橡膠 中達(dá)到納米級分散 要點要點5 5：羧基聚丁二烯分子兩端的羧基易于納米超細(xì)微粒中羥基交聯(lián)，形成立體網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu) 三、納米材料在提高橡膠制品熱穩(wěn)定中的應(yīng)用三、納米材料在提高橡膠制品熱穩(wěn)定中的應(yīng)用 乙丙橡膠（乙丙橡膠（EPR）/蒙脫土納米復(fù)合材料蒙脫土納米復(fù)合材料：由EPR、蒙脫土、插層劑、活 性劑、促進劑和硫化劑組成。 制備方法：制備方法： 1.將EPR、蒙脫土和插層劑加入密煉機進行混煉 2.將制得的混煉膠、活性劑、促進劑和硫化劑

9、加入密煉機中混煉 3.最后將混煉膠進行硫化 加工工藝簡單，可以 大幅度提高EPR的物理 性能和熱穩(wěn)定性 四、提升力學(xué)性能四、提升力學(xué)性能 不同的填充劑當(dāng)其細(xì)度達(dá)到納米級后，各種力學(xué)性能都能大 幅度提高。 例如，在填充量相同的情況下含納米三氧化二鋁的橡膠的拉 伸強度可達(dá)到含N330橡膠的97.3%，甚至輕質(zhì)碳酸鈣納米化后橡 膠的力學(xué)性能也能達(dá)到含N330的85.5%。 引入納米技術(shù)是產(chǎn)品升級換代的可取途徑，具有原料價廉， 來源充沛等優(yōu)勢，還能讓產(chǎn)品提高品級。 五、抗光老化：納米級配合劑的比表面大，具有較強的吸收和反射紫 外線的能力，能有效的抑制光老化。 六、氣密：在橡膠中添加納米級粘土類材料，其機理建立在粘土類納米材 料的片層結(jié)構(gòu)的扁平度大，與橡膠的結(jié)合力高，對氣體分子的牽制作用也 大。另外，納米材料的化學(xué)成分和形態(tài)結(jié)構(gòu)的作用也很關(guān)鍵?；瘜W(xué)成分以 硅酸鹽為最佳，幾何形態(tài)以片層