常见品种与性能介绍：纳米工程塑料优化

1.聚酰胺纳米复合材料

聚酰胺纳米复合材料所用的纳米材料主要有蒙脱土（MMT）、SiO2、云母和聚对苯二甲酞对苯二胺（PPTA）等无机材料或有机高分子材料。其中最具发展前景的是蒙脱土。蒙脱土资源丰富，容易有机化处理。制备的蒙脱土复合材料由于具有优异的力学性能、热稳定性、阻燃性、阻透性，以及良好的导电性能，而成为材料科学领域研究热点之一。

蒙脱土是一种天然黏土矿物，为膨胀型层状薄片结构。蒙脱土的结构单元是由一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间，靠共用氧原子而形成的厚1nm的层状结构。

聚酰胺蒙脱土复合材料的制备方法有两种，即插层聚合法和聚合物插层法制备纳米复合材料工序分为两部分。第一部分为蒙脱土的有机化改性。对蒙脱土的表面改性基本上是利用有机小分子、离子或其聚合物，以共价键、离子键、氢键及范德华力等形式对蒙脱土进行表面改性。根据蒙脱土的表面修饰机理可分为表面吸附法、离子交换法、偶联剂处理法及插层接枝法，生产过程中只需增加有机化黏土的干燥设备。第二部分为混合共聚或共混挤出。共混挤出即将干燥的有机黏土与聚酰胺混合，经双螺杆挤出机挤出。在共混挤出过程中，黏土中的插层剂与聚酰胺大分子可形成物理或化学结合，使黏土以纳米级分散于聚酰胺基体中。此法工艺简单，能制备高强度纳米聚酰胺。表4-9所示为PA6／黏土纳米复合材料与PA6的性能比较。

表4-9 PA6／黏土纳米复合材料与PA6的性能比较

由于聚酰胺蒙脱土复合材料具有优良的性能、质量比常规微粒填充复合物轻及成本较低等特点，使其具有崭新的应用前景。聚酰胺蒙脱土复合材料可用于制造汽车配件、制备薄膜包装材料等。其潜在的应用范围还包括飞机零配件、油箱、电池、车刷、轮胎或其他结构材料。

2.聚甲醛纳米复合材料

POM是所有塑料中比强度和比刚度较为接近金属的树脂品种。对POM进行摩擦磨损性能改进的目的是，使其具有更好的自润滑性和耐磨损性，同时具有较高的临界PV值和较高的噪声发生载荷等。通常采用的方法有：耐磨聚合物合金改性、含油改性、无机润滑剂改性、纤维增强改性、金属粉末改性、嵌断共聚改性等。

上述改性方法或以牺牲摩擦性能为代价提高材料的力学性能，或以牺牲力学性能为代价提高材料的摩擦性能，很难同时兼顾材料的摩擦性能和力学性能。以纳米微粒填充改性，一方面可以利用纳米氧化物的增强增韧特性，另一方面又可利用纳米氧化物的小尺寸效应，在摩擦界面形成纳米尺寸的超硬材料薄膜，起到减摩耐磨作用。(www.xing528.com)

纳米氧化物对高分子材料填充改性后，纳米氧化物可束缚高分子材料大分子的链间运动，防止大面积的带状磨损；在材料表面磨损时，脱黏的纳米填料因具有很强的表面活性，而易于与对偶结合形成细密的薄层，这些因素均有利于大大减缓复合材料的磨损。

以纳米微粒填充聚甲醛，可提高聚甲醛的强度和韧性、刚性和热变形温度在制备纳米复合材料的过程中，一方面纳米微粒比表面大、表面能高，很容易团聚；另一方面其与表面能较低的聚甲醛基体亲和性差，两者在相互混合时不能相容，导致界面出现空隙，存在相分离现象。因而纳米氧化物在POM中很难呈纳米级分散，纳米效应难以发挥。实验证明，当纳米氧化物存在着团聚作用时，其复合材料的摩擦磨损性能与微米级颗粒填充的复合材料相近。只有达到均匀分散，纳米复合材料才能在对摩面形成良好的边界润滑膜，表现出优于其他材料的性能。纳米微粒在基体材料中的分散程度直接影响到复合材料的性能。纳米微粒的分散和防团聚技术是纳米材料是否实用化的关键和难点，所以对纳米微粒进行分散和表面改性处理至关重要。

目前应用于聚甲醛纳米复合材料的纳米微粒品种较多，已有报道的有纳米SiC、纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米Si3 N4等，也有报道采用纳米Cu粉进行改性所得纳米复合材料均具有较好的力学性能和摩擦性能，可应用于机械构件中的摩擦部位，如齿轮、导轨等。

3.聚酯纳米复合材料

聚对苯二甲酸乙二醇酯-蒙脱土层状硅酸盐纳米复合材料，是将层状硅酸盐经插层反应后，与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）单体在聚合反应器内共缩聚得到层状硅酸盐通过化学键与聚酯基体结合，并以纳米尺度均匀分散在聚酯基体中，从而得到高性能纳米复合材料（NPET）。这一制备方法可以用于工业上的直接酯化法或酯交换法等聚酯生产工艺。

NPET可以作为聚酯新品种，像常规聚酯那样经过玻璃纤维或者短纤维进行改性，得到的制品可应用于家电与汽车零部件、仿真材料及工程塑料材料等NPET应用于薄膜与包装、功能纤维、信息传输等领域。NPET的包装将透明性阻隔性很好地结合起来，在这一方面将超越其他包装材料（如PA6、PC、PP等）。NPET最令人关注的是应用于信息传输领域，通过纳米改性，特别是控制相分离、控制自组装，可以将其中纳米的形态有序化，达到信息领域应用的要求，这将是令人兴奋的广阔的领域。

聚对苯二甲酸丁二醇酯层状硅酸盐纳米复合材料的制备也是这一领域的革新创造。不论是直接酯化法还是间接酯化法制备的NPBT新品种，其综合性能都有不同程度的提高。这些制备实际上是聚合反应器内的共缩聚。改性得到的层状硅酸盐通过与聚酯基体结合，使其以纳米尺度均匀分散在聚酯基体中产生纳米效应，因而得到高性能聚对苯二甲酸丁二醇酯-层状硅酸盐纳米复合材料。

NPBT的应用将大部分集中在电子信息零部件领域，例如，改进计算机键盘的功能，改进电路板的抗辐照、抗热变形性能。NPBT的改性将从改变纳米分布形态入手，逐步提高其热学与力学性能，这样将产生许多新的系列品种，为电子、信息与汽车领域提供更多的高性能原材料。NPBT作为一个新品种，对其进行的玻璃纤维增强改性，已经率先推出商业化的新品种，它将不断得到更高更新的改进。