高分子纳米复合材料介绍

插层复合材料
以粘土矿物为插层主体形成的复合材料 。
• 粘土层状硅酸盐被剥离成二维纳米片层 分散在聚合物中。
•杂化复 合材料合 成示意图
•插层纳米 复合材料 合成示意
图
纳米复合材料的性能特点
•基本性能特点
可综合发挥各组分的协同效能——复合材料 的基本性质。
性能的可设计性——可以针对纳米材料的需 求进行材料的设计和制造。
•纳米粒子对分子链受限松弛行为的影 响
目前, 有关分子链的受限动力学的实验现象矛盾 而对立，相关的理论描述还没有建立。
Lu等对玻璃化转变附近有机层状黏土改性环氧树 脂纳米复合材料受限松弛行为的研究认为锚固于 硅酸盐片层间的聚合物形成界面层, 物理老化过 程中其分子链段松弛运动受限, 造成复合材料中 高分子链段松弛动力学过程减慢、Tg 提高。
等。பைடு நூலகம்
•防老化
强度大、模量高
阻隔性能——对于插层纳米复合材料，聚合 物分子链进入到层状无机纳米材料片层之间 ，分子链运动受到限制，而显著提高了复合 材料的耐热性和材料的尺寸稳定性。层状物 极纳米材料在二维方向阻隔各种气体的渗透 ，从而达到良好的阻燃、气密作用。
纳米复合材料有诸多先进性，但体系一旦发 生相分离，即纳米微粒发生团聚，则有关纳 米复合材料的特殊性能将无法实现。
•Coarse-grained domain relaxation model depicting the restricted relaxation of the intercalated or exfoliated layered silicatepolymer nanocomposites.
高分子纳米复合材料介 绍
2020年4月30日星期四
主要内容
什么是聚合物基纳米复合材料 分类 性能特点 纳米粒子对分子链受限松弛行为的影
响
什么是聚合物基纳米复合材料
复合材料，就是由两种或者两种以上的物理 和化学性质不同的物质组合而成的一种多相 固体材料。
•连续相（ 基体）
•复合材料
•分散相（ 增强材料）
•个人见解
纳米CaCO3粒子的加入对PS分子链的影响是两方 面的：一方面，纳米CaCO3的加入，增加了PS链 与链间的自由体积；另一方面，纳米CaCO3粒子 对其之间的PS分子链起到了加速松弛作用。这两 种因素不相互对立，而是各自独立，共同促进了 分子链的松弛，只是方式的不同。
纳米CaCO3粒子对PS分子链松弛的加速效果取决 于纳米粒子在其中的分散程度。当加入纳米碳酸 钙之后，PS分子链的松弛速率加快，但加快的程 度取决于纳米粒子在基体中的分散程度。
Chen等对有机层状黏土改性环氧树脂纳米复合 材料的研究得出了相反结论, 认为硅酸盐片层间 距大于5 nm时, 片层表面的分子链对基体产生增 塑作用, 复合材料基体的Tg下降。
就目前的研究结果而言，纳米粒子的加入对聚合 物分子的松弛行为的影响是显著的，尤其是对于 填充型和插层型纳米复合材料，有关学者进行了 大量的研究报道。
•光电 转换 材料 、增 强剂
•光学 材料 、磁 性材 料
•环氧 树脂、 不饱和 树脂
•氧化 物、硫 化物、 含氧酸
盐
•填充 、插 层、 杂化
按制备方法分类
填充复合材料
•纳米材料以粉体形式分散在聚合物基体中形 成的复合材料 •纳米材料可以与基体共混形成，也可以原位 聚合而成。
•杂化复合材料
•通过溶胶凝胶技术合成的纳米材料为分散相 的复合材料
•纳米复合材料的构成
•非聚合物基 •纳米复合材料 •纳米复合材料
•聚合物基 •纳米复合材料
•金属∕陶瓷 •陶瓷∕金属 •陶瓷∕陶瓷 •无机物∕聚合物 •聚合物∕聚合物
纳米复合材料的分类
•纳米复合材料
•用 途
•性 能
•基体 材料
•分散 性组
分
•制备 方法
•催化 剂、 塑料 、涂 料、 纤维
•生 物仿 生材 料、 粘合 剂与 密封 胶
可按需求加工成所需形状——避免多次加工 和重复加工。
•特殊性质
同步增韧增强效应——纳米材料对有机聚合
物进行复合改性，却是在发挥无机材料增强
效果的同时，又能起到增韧的效果。
新品功能高分子材料——传统功能高分子基
本上都是通过化学反应合成特殊官能团得到
。但是纳米材料可以直接或者间接达到具体
的功能，如光电转换，高校催化，紫外屏蔽
纳米复合材料
纳米复合材料是由两种或两种以上的固相至少在一维 以纳米级大小(1 -100 nm) 复合而成的材料。
•非晶体、半晶体、晶体
•无论分散相还是 连续相
•无机物（陶瓷、金属等） 、有机物（高分子）等
聚合物基纳米复合材料
以聚合物（树脂）为连续相，以纳米 粒子为分散相的复合材料。
一般纳米粒子为无机物。但有时候是有机物 ，如刚性棒状高分子，包括溶致性和热致性 液晶高分子。他们以分子水平分散在聚合物 基体中，形成有机物/有机物纳米复合材料 。
所以，不论哪种纳米复合材料的制备方法，只有 真正解决了纳米粒子的团聚问题，使得纳米材料 的复合熵变的很大，才能真正称为纳米复合材料 。
纳米粒子对分子链受限松弛行为的影响
•何为分子链运动的受限环境
广义而言，分子链运动的受限环境就是能够影响 分子链运动的环境，例如介孔材料，有机无机复 合材料等。
对于聚合物基纳米复合材料，由于纳米粒子的加 入，聚合物分子运动受到纳米粒子的干扰限制， 此时分子链的运动环境成为受限环境，分子链的 运动行为称为受限松弛行为。
例如，李谷等对PS/纳米CaCO3复合材料玻璃化 转变及物理老化研究发现，少量的纳米CaCO3粒 子对PS基体的分子链锻松弛行动有促进作用，并 且随着纳米CaCO3质量分数的增加而有不同程度 的下降。
卢红斌等对层状硅酸盐-环氧树脂纳米复合材料在 受限环境下松弛行为的研究得出了三种松弛模型 。认为，与硅酸盐片层相连的链段松弛速率最低 ，而在层与层之间的部分松弛速率最快。其他区 域的链段松弛速率则与纯PS时的相同。当聚合物 与硅酸盐片层以弱的作用力（比如物理吸附）结 合时其链段松弛速率最低。当聚合物嫁接到硅酸 盐固体表面时，松弛速率最快。也即是，当聚合 物链与纳米粒子结合时，这部分的链段松弛速率 会大大增加。