由無機納米材料與有機聚合物復(fù)合而成的納米復(fù)合材料具有無機材料、無機納米材料、有機聚合物材料、無機填料增強聚合物復(fù)合材料、碳纖維增強聚合物復(fù)合材料等所不具備的一些性能,主要表現(xiàn)如下。
1.同步增韌增強效應(yīng)
納米復(fù)合材料可以把無機材料的剛性和有機材料的韌性同時體現(xiàn)出來,無機材料對有機材料的復(fù)合改性,將提高有機材料的剛性,但降低了有機材料的韌性。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,當(dāng)塑料對橡膠復(fù)合改性時,,將提高橡膠的剛性,但降低了橡膠的韌性,當(dāng)橡膠對塑料復(fù)合改性時,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。而納米材料對有機聚合物的復(fù)合改性,卻在發(fā)揮了無機材料的增強效果的同時又能起到增韌的效果,這也是納米材料對有機聚會物復(fù)合改性最吸引人韻優(yōu)點之一,對于無機納米粒予同時增韌增強塑料的機理有如下解釋:復(fù)合材料受沖擊時,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,從而使材料韌性大大提高。用納米粒子填充增強塑料時,納米材料的顆粒尺寸、用量及表面處理方法都會對納米塑料的性能產(chǎn)生影響。當(dāng)填料在基體中均勻分散時,隨填料尺寸的減小,填料完全能夠在樹脂中起到填充補強、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.強度大、模量高
普通的無機粉體材料對聚合物基復(fù)合材料有很高的強度和模量,兩納米材料增強的聚合物復(fù)合材料卻有更高的強度和模量。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度、剛度、韌性及阻隔性能等得到明顯的提高。無論是拉伸強度或彎曲強度,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復(fù)合材料在強度和模量上相當(dāng),但在材料的密度和質(zhì)量上要小得多。同時納米材料的粒徑越小,其賦予復(fù)合材料的強度和模量就越高。
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入到層狀無機納米材料片層之間,分子鏈段的運動受到限制,而在加工過程中,層狀無機鹽被剝開,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,層狀無機納米材料在二維方向阻礙了各種氣體的滲透,從而達到良好的阻燃、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化學(xué)反應(yīng)合成得到功能性的(個別功能高分子材料是復(fù)合而來的,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,或者要賦予一定的官能團,才能表現(xiàn)出其功能性。但納米復(fù)合材料卻完全不同,它們是通過納米材料改性有機聚合物而賦予復(fù)合材料新功能性的。在納米材料以納米級水平均勻分散在復(fù)合材料之中對,沒有所謂的官能團,但可以直接或間接地達到具體功能的目的,像導(dǎo)電、抗菌、阻燃、紫外光屏蔽、吸波等。