由無(wú)機(jī)納米材料與有機(jī)聚合物復(fù)合而成的納米復(fù)合材料具有無(wú)機(jī)材料、無(wú)機(jī)納米材料、有機(jī)聚合物材料、無(wú)機(jī)填料增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料等所不具備的一些性能,主要表現(xiàn)如下。
1.同步增韌增強(qiáng)效應(yīng)
納米復(fù)合材料可以把無(wú)機(jī)材料的剛性和有機(jī)材料的韌性同時(shí)體現(xiàn)出來(lái),無(wú)機(jī)材料對(duì)有機(jī)材料的復(fù)合改性,將提高有機(jī)材料的剛性,但降低了有機(jī)材料的韌性。同樣,具有一定剛性的塑料與具有一定韌性的橡膠復(fù)合時(shí),當(dāng)塑料對(duì)橡膠復(fù)合改性時(shí),,將提高橡膠的剛性,但降低了橡膠的韌性,當(dāng)橡膠對(duì)塑料復(fù)合改性時(shí),在保持橡膠韌性的情況下,卻難以提高塑料的剛性。有些復(fù)合改性,效果往往是單一的,甚至是矛盾的。而納米材料對(duì)有機(jī)聚合物的復(fù)合改性,卻在發(fā)揮了無(wú)機(jī)材料的增強(qiáng)效果的同時(shí)又能起到增韌的效果,這也是納米材料對(duì)有機(jī)聚會(huì)物復(fù)合改性最吸引人韻優(yōu)點(diǎn)之一,對(duì)于無(wú)機(jī)納米粒予同時(shí)增韌增強(qiáng)塑料的機(jī)理有如下解釋:復(fù)合材料受沖擊時(shí),填料粒子脫黏,基體產(chǎn)生空洞化損傷,若基體層厚度小于臨界基體層厚度,則基體層塑性變形大大加強(qiáng),從而使材料韌性大大提高。用納米粒子填充增強(qiáng)塑料時(shí),納米材料的顆粒尺寸、用量及表面處理方法都會(huì)對(duì)納米塑料的性能產(chǎn)生影響。當(dāng)填料在基體中均勻分散時(shí),隨填料尺寸的減小,填料完全能夠在樹脂中起到填充補(bǔ)強(qiáng)、增加截面粘接、減少自由體積的作用,且能以很少的含量在相當(dāng)大的范圍內(nèi)起作用,全面改善材料的力學(xué)性能,還不影響其加工性。
2.強(qiáng)度大、模量高
普通的無(wú)機(jī)粉體材料對(duì)聚合物基復(fù)合材料有很高的強(qiáng)度和模量,兩納米材料增強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料卻有更高的強(qiáng)度和模量。加入量很小(3%~5%,質(zhì)量分?jǐn)?shù))的納米粉體就可以使聚合物的強(qiáng)度、剛度、韌性及阻隔性能等得到明顯的提高。無(wú)論是拉伸強(qiáng)度或彎曲強(qiáng)度,還是拉伸模量或彎曲模量均具有一致的變化率。在加入與普通粉體相同體積比的情況下,納米復(fù)合材料的上述指標(biāo)一般要高出l~2倍。而在加入相同質(zhì)量比的情況下,則一般要高出l0倍以上。加入納米粉體得到的納米復(fù)合材料與玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在強(qiáng)度和模量上相當(dāng),但在材料的密度和質(zhì)量上要小得多。同時(shí)納米材料的粒徑越小,其賦予復(fù)合材料的強(qiáng)度和模量就越高。
3.阻隔性能
在插層納米復(fù)合材料中,由于聚合物分子鏈進(jìn)入到層狀無(wú)機(jī)納米材料片層之間,分子鏈段的運(yùn)動(dòng)受到限制,而在加工過(guò)程中,層狀無(wú)機(jī)鹽被剝開,使復(fù)合材料的耐熱性及材料的尺寸穩(wěn)定性顯著提高,并且,層狀無(wú)機(jī)納米材料在二維方向阻礙了各種氣體的滲透,從而達(dá)到良好的阻燃、氣密的作用,可用于食品保鮮、藥品存放、啤酒瓶改造等。
4.新晶功能高分子材料
按照傳統(tǒng)的方法,功能高分子材料一般是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成得到功能性的(個(gè)別功能高分子材料是復(fù)合而來(lái)的,但不同程度地破壞了高分子材料的力學(xué)性能),它們都具有一定的官能團(tuán),或者要賦予一定的官能團(tuán),才能表現(xiàn)出其功能性。但納米復(fù)合材料卻完全不同,它們是通過(guò)納米材料改性有機(jī)聚合物而賦予復(fù)合材料新功能性的。在納米材料以納米級(jí)水平均勻分散在復(fù)合材料之中對(duì),沒(méi)有所謂的官能團(tuán),但可以直接或間接地達(dá)到具體功能的目的,像導(dǎo)電、抗菌、阻燃、紫外光屏蔽、吸波等。