2、高聚物/刚性纳米粒子复合材料
用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是改善其力学性能的另一种可行性方法。随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的发展,特别是近年来纳米级无机粒子的出现,塑料的增韧改性彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法,而弹性体韧性往往是以牺牲材料宝贵的刚性、尺寸稳定性、耐热性为代价的。
从复合材料的观点出发,若粒子刚硬且与基体树脂结合良好,刚性无机粒子也能承受拉伸应力,起到增韧增强作用。对于超微无机粒子增韧改性机理一般认为:
(1)刚性无机粒子的存在产生应力集中效应,易引发周围树脂产生微开裂,吸收一定的变形功。
(2) 刚性粒子的存在使基体树脂裂纹扩展受阻和钝化,最终终止裂纹不致发展为破坏性开裂。
(3)随着填料的微细化,粒子的比表面积增大,因而填料与基体接触面积增大,材料受冲击时,由于刚性纳米粒子与基体树脂的泊松比不同,会产生更多的微开裂,吸收更多的冲击能并阻止材料的断裂。但若填料用量过大,粒子过于接近,微裂纹易发展成宏观开裂,体系性能变差。
采用纳米刚性粒子填充高聚物树脂,不仅会使材料韧性、强度方面得到提高,而且其性能价格比也将是其它材料不能比拟的。另外由于某些工程塑料价格较高,人们希望尽量利用加工及生产过程中的二次料,但热塑性树脂经二次加工后各种性能均会有不同程度的下降,利用刚性纳米粒子对废料进行一定的改性后可有效提高热塑性工程塑料的废料利用率和降低成本,从而可缓解资源短缺以及环境污染等问题。以CaCO3、SiO2等为代表的高聚物/刚性纳米粒子复合材料已经获得了广泛的生产和应用。截止到2003年,市场上很多纳米塑料产品都是以这类材料为基础的。
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