纳米复合物特性及应用面面观上

纳米复合物特性及应用面面观(上)

纳米合成物仍处于婴儿期，但是如果预料正确的话，它将会在几十年间成为影响塑料业的最大的因素，尽管它十分微小。通过熔融混炼或原制备该材料的灵感来自于大自然位聚合，被不过2％到5％的纳米颗粒增强，聚合物会表现出在热力学性能、阻隔性能和阻燃性能的明显改善。并且它能在提高热阻、尺寸稳定性和电导率方面胜过普通填料和纤维。

虽然并不是引人注目，也没有预料中的那么快，但纳米增强物在聚合物中的传播还是已经渗透到了汽车和包装应用当中。但发展步伐有望大大加速。

美国市场研究公司BBC在一份报告中，把2003年纳米复合聚合物全球市场总规模锁定为2450万磅，总值9080万美元。它也预测了该市场将会以年均18.4％的速度增长，到2008年将会达到2.111亿美元。尽管纳米的发展遇到了一些阻碍，但是BCC预测在一些领域的应用还是将会以年增长率超过20％的速度发展。

研发和商业项目中主要的纳米级填料是页硅酸盐纳米土、纳米云母石、碳纳米管、以及纳米石墨板。但人们也在积极研究其它的材料，比如合成粘土、含笼型硅氧烷（POSS）、以及像亚麻与大麻之类的天然纤维等。

一流的竞争者

目前被最多讨论、并最先进入商业应用的两种纳米填料是纳米粘土和碳纳米管。但必须以表面处理进行化学性修饰，目的是实现精细分散和与树脂的粘结，获取最大优势。

这两种纳米填料在塑料的结构、热性能、阻隔性、阻燃性方面都表现出进步。碳纳米管还提高了导电率。

&n缺少核心技术bsp; 到目前为止，由于价格低廉－2.25美元/磅到3.25美元/磅－并且在PP、TPO、PET、PE、PS和尼龙等常见热塑性塑料中有效，所以纳米粘土显示出最宽广的商业生存能力。

高岭土是主要的纳米粘土，它是一种层状的铝硅酸盐，它每层的直径大约是1微米，纵横比达到了1000 ：1。目前美国国内两家主要高岭土生产商是Nanocor（主要商标为Nanomer）和Southern Clay Products（主要商标为Cloisite）。两家公司都已经与树脂和表面活性剂供应商、混料厂、汽车OEM厂商和包装企业结成了联盟。虽然它们的工作很多都属秘密，但是他们已经公开了几个成功的商业应用。

通用汽车在纳米复合物应用之路上走到了前列。它于2002年推出的GMC Safari和雪佛兰Astro是市场上最早在车身外部使用了纳米复合物材料的汽车，在2003年和2004年的车型里也使用了这种部件。最近，在其体积最大的车款-2004雪弗莱Impala的车身侧边部分中，出现了一种PP/纳米粘土的复合材料，该复合物材料是由通用汽车位于密歇根州的研发中心与巴塞尔北美公司和南部粘土产品公司(Southern Clay Products)合作开发出来的。

通用汽车的2005Hummer H2货车厢底利用了约7磅的模内着色TPO纳米复合材料的部件。

最新应用是2005 GM Hummer H2 SUT车款。该车的车厢底使用了约7磅的模内着色的纳米复合材料，用于中梁、蓬板、以及货舱周围的保护栏杆中。

Noble Polymers的Forte PP纳米复合物被用在2004 AcuraTL型车座椅靠背中，并将被用于2006轻卡的中央控制台上

纳米粘土可增加塑料的强度，碳纳米管则可提供导电性率和导热性。但是由于纳米管的价钱昂贵（最近报价大约为$100/g）而限制了其在商业上的应用发展。从上个世纪90年代开始，美国出产的每辆汽车上基本上都使用了碳纳米管，最典型的例子就是在制造燃料系统的材料尼龙里添加它来提高材料的抗静电性能。通过添加纳米管提高材料的抗静电性能也被用在计算机的读/写保护头的制备上。

碳纳米管有单层和多层两种结构，前者的外径一般为1到2nm，而后者的直径则在8到12nm之间，它的典型长度一般为10微米，最长可达100微米，长径比至少可达1000 ：1。碳纳米管的拉伸强度是普通不锈钢管的50倍（前者100 G pa后者2 G pa）、热导系数为铜的5倍。当把它加入到聚合物材料的母体中以后，只要一点点就可以比传统填料如碳黑或金属粉末更好的提高材料的电导率和热导率。

美国国内纳米管的生产商有Hyperion Catalysis（产品是多层纤维纳米管）和新登陆的Zyvex Corp（产品有单层和多层纳米管）。这两家厂商提供的母料中都含有15％到20％的纳米管。

据报道Pyrograf III 纳米光纤在提高材料的热导率、电导率，改善材料的热力学性能和阻燃性能方面可以与碳纳米管相媲美。更重要的是，纳米光纤要比纳米管便宜－大约$100/磅到$150/磅。以上这些是在尼龙、PP和聚氨酯等材料中添加后进行实验评估得出的结论。

(待1：液压实验机在实验进程中续)