纳米聚合物重点介绍纳米材料在航空航天领域中应用概述

本节内容
高分子材料与纳米高分子材料； 纳米复合功能材料在航空航天材料中
的应用；
高分子材料/聚合物的类型有哪些？
（1）塑料 （2）橡胶 （3）合成纤维 （4）涂料 （5）粘合剂
高分子材料与金属、陶瓷的主要不同：
质轻； 对热、电有良好的绝缘性；(主要是共价键和部分范德华键) 强度、刚度低于金属，但比强度、比刚度接近金属； 韧性明显优于玻璃和陶瓷，不同的塑料的韧性可能低于、接近
纳米尼龙可以吹制薄膜，是食品、衣物的优良包装 材料；可以喷成纤维，纺成防爆轮胎用的高档帘子 线；也能够制造优质管材和塑料齿轮、轴承。
尼 龙 的 晶 胞 单体：C=C-CONH2
纳米尼龙-6复合材料制品： 用于帘子线、薄膜包装、 轴承齿轮和管材。
优点：高强度、高模量、 高耐热性、高阻隔性、 低吸湿性
纳米聚乙烯管材：可连续挤出、注塑成型、耐磨损、高抗 冲、耐开裂、自润滑、无毒、耐腐蚀、性能价格比高等
纳米塑料与纳米橡胶中已实现产业化的产品：
纳米聚乙烯（NPE） 纳米聚丙烯（NPP） 纳米聚苯乙烯（NPS） 纳米丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（NABS） 纳米尼龙6（NPA6）
制造纳米高分子复合材料的关键 ：
何为纳米聚合物/高分子材料？
当有机聚合物填料的尺寸达到纳米量级时， 能够极大地改善材料的性能，可将有机聚合物的 柔韧性好、密度低、易于加工等优点与无机填料 的强度和硬度较高、耐热性好、不易变形等特点
结合在一起。称为“纳米聚合物/高分子材 料”。
纳米材料在高分子化合物中的作用：
将分散好的纳米微粒均匀地添加到树脂 材料中，起到全面改善聚合物性能的目的：
• 物理—化学法改性：采用粉碎、摩擦纳米粒子的 方法，强化粒子表面活性，使之同聚合物结合 。
纳米尼龙6薄膜、纤维和帘子线
已实现产业化的纳米塑料
纳米聚乙烯
• 超高分子量聚乙烯具有强度高、润滑性好、耐 磨损、耐腐蚀、比重小等优点，但是极难加工。 纳米超高分子量聚乙烯则很容易加工，同时还 保持着它的全部优点。
• 纳米超高分子量聚乙烯能够制成各种规格的管 材，用于江河疏浚传送泥浆，输送水煤浆、矿 石、粮食、工农业和生活用水、天然气，代替 笨重、不耐磨损、容易腐蚀的金属管道。
已实现产业化的纳米塑料
纳米聚酯：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）
普通PET常用于灌装液体物品（如可乐、果汁、汽 水等），但耐热性能较差，不能进行热灌装，并且 阻隔性也不够好。
纳米PET瓶的优点：可以直接灌装较热的食用液体， 也能包装啤酒、农药和其他物品；
纳米PET其它优点：比玻璃轻得多，不容易破碎， 即使发生爆炸时危险性也较小，便于运输、储藏； 可以方便地回收再利用，避免了玻璃瓶生产、回收 过程中的环境污染；能用来制造电器部件，如电熨 斗的底座、电饭煲的保温内胆和电源插座等。
耐热 耐候 耐磨 抗菌 等等性能
由于纳米粒子的量子效应将给 材料带来了一系列力学、热力 学、化学、光学、电磁学等方 面的新特征，被认为是21世纪
材料中的“超新星”。
以纳米塑料为例：
把纳米材料用于添加改性塑料，可以开发出 各种新型的功能复合材料。
通过对塑料进行填充改性，不仅可以提高塑 料的力学性能，而且还可以开发各种功能塑 料，如导电塑料、磁性塑料、抗降解塑料、 抗紫外耐老化塑料等。
• 物理法表面改性处理主要有：1、表面物理包覆改 性，实现粒子同聚合物包覆结合. 2、利用高能放 电、紫外线、等离子射线照射纳米粒子，以引发 单体在其表面聚合。
• 化学的表面处理有：1、用硬脂酸、硅烷钛酸脂类 等偶联剂，对纳米粒子表面偶联处理 ; 2、利用化学反应，在纳粒子表面接技不同官能团 聚合物，再同另一聚合物共混或共聚。
纳米聚合物重点介绍
纳米材料在航空航天领域中的应用概述
聚合物/高分子：由成千上万个结构单元通
过共价键连接而成的大分子，分子量104~106。
高分子材料：通过若干高分子链聚集以及
高分子链与其它添加组分的相互作用而形成的 材料。
• 源于自然，高于自然
上节重点
材料的分类； 纳米结构材料在航空航天材料中的应用； 金属材料与纳米金属材料的特性； 陶瓷材料与纳米陶瓷材料的特性；
一、获得稳定的纳米分散相材料 ; 二、解决分散相以其原生态在聚合物基体
中均匀地分散分布 . 因为纳米材料在聚合物内 ,相分
散程度及状态直接影响着复合材料的 性能。
一、共混法
包括纳米无机粒子表面处理 (改性 )和同聚合物 混合分散两个过程，是常用的方法。如PVC/ 纳米 CaCO3粒子复合材料的制备。
或高于金属； 力学性能：有玻璃态、高弹态和粘流态，强度较高；（在较大
温度范围内受温度影响大；对外载荷的响应，塑性—粘弹性） 湿度：影响明显；（对金属、陶瓷、玻璃力学性能基本无影响） 锈蚀性：许多塑料、橡胶是优异的防腐蚀材料； 老化问题：大气环境中老化。（金属、玻璃、陶瓷—不明显）
线性分子结构
用纳米塑料制成的呈现金属光泽的包装 瓶：高强度、高耐热性、高阻隔性、避 光性、结晶速度快和易于加工。
普通聚酯染色瓶
已实现产业化的纳米塑料
纳米尼龙（聚丙烯酰胺）
尼龙是最早的合成塑料，但是极易吸潮，受热容易 变形，例如尼龙丝袜就不能用热水洗涤。纳米尼龙 则极大地提高了尼龙的耐温性能，长期在沸水中能 保持不变形，力学性能也有很大改善，并且具有良 好的阻隔性。
（1）塑料，
塑料是一种用途广泛的材料，与其他材料相比，
具有质量轻、耐腐蚀、比强度高、电性能好、色 彩鲜艳、容易加工成型等特点，因此塑料已成为 航空航天领域的重要材料之一。
一些典型的高聚物材料
一些典型的高聚物材料
聚 乙 稀 塑 料 布
（2）橡胶
（3）合成纤维 聚丙稀短纤维
一些典型的高聚物材料
该法的技术难点是防止纳米无机粒子的团聚和均 匀分散。由于纳米无机粒子的直径小、比表面大、粒 子之间具有极大引力，使之极易团聚。而且一旦团聚 ，用常用的机械手段极难将其再次打散。
目前防止无机纳米粒子团聚的方法：将纳米无机 粒子的表面进行改性处理 (有机修饰 )。
பைடு நூலகம்
常用的表面改性处理有物理法、化学法 和物理化学法: