改性四氟復(fù)合材料之納米粒子

納米材料是近年發(fā)展起來(lái)的具有優(yōu)異性能的新材料，具有良好的塑性及韌性，其強(qiáng)度和硬度比普通粗晶材料高4~5倍。由于納米粒子尺寸小、比表面積大，與聚合物問(wèn)的界面面積及其相互作用大；因此可獲得更理想的界面黏合。此外，二者熱膨脹系數(shù)不匹配問(wèn)題也得到了消除，納米材料作為填料用于高分子材料改性，在力學(xué)性能方面取得了良好的效果，具有廣闊的應(yīng)用前景。 
     目前用于填充PTFE的納米材料主要有納米Al2O3、SiO2、ZnO和CaCO3等，其中納米Al2O3是金屬氧化物中硬度*高的一種。 
     何春霞等人對(duì)納米SiO2、TiO2、A12O3、ZrO2填充PTFE復(fù)合材料進(jìn)行了拉伸和硬度試驗(yàn)。
      結(jié)果表明：在P T F E中填充納米S i 0 2、TiO2、Al2O3、ZrO2后，其硬度增大，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率有不同程度的下降。對(duì)于納米Al2O3填充的PTFE，隨著Al2O3用量的增加，拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率先下降，隨后有一定的回升；當(dāng)納米Al：O的
質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，PTFE復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率*大，磨損量*小，耐磨性*好，其綜合力學(xué)性能達(dá)到*佳。另外，隨著Al2O3用量的增加，PTFE復(fù)合材料會(huì)從韌性材料轉(zhuǎn)向脆性材料。即納米SiO2的加入會(huì)使PTFE從塑性材料變?yōu)榈湫偷拇嘈圆牧?，其硬度也顯著增大。 
     王海寶等人對(duì)納米A12O3改性PTFE的研究結(jié)果表明：納米A12O3粒子的加入提高了復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和硬度，但降低了摩擦系數(shù)和斷裂伸長(zhǎng)率。隨納米Al2O3用量的增加，PTFE復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度增加，而斷裂伸長(zhǎng)率則減小。 
     董高峰等人的研究表明，復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率隨SiO2(1O~30nm)、TiO2(15-30nm)和ZrO2(20～25nm)含量的升高而降低；斷裂伸長(zhǎng)率隨氧化硅含量的升高而急劇下降，導(dǎo)致材料由塑性轉(zhuǎn)化為脆性；拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率隨氧化鋁(20～ 30nm)含量的升高呈波動(dòng)變化，當(dāng)氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 0％時(shí)，材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率*大。張艷誠(chéng)對(duì)納米粒子SiO2、TiO2、AI203、ZrO2填充PTFE的力學(xué)性能也進(jìn)行了研究。PTFE復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率隨納米粒子用量的增大而減小，硬度升高，這符合填充改性的一般規(guī)律；但納米粒子使PTFE復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度下降的程度比其他粗晶填料的影響要小，其中納米Al2O3、ZrO2使復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率隨用量增加而下降的速率比填充納米SiO2、TiO2的要小，這是因?yàn)榧{米SiO2、TiO2的比表面積較大，表面能高，粒子之問(wèn)的吸附力較強(qiáng)，容易聚集成粒子團(tuán)。 
     趙正平等人的研究表明，納米CaCO3顯著提高了復(fù)合材料的彈性模量、斷裂伸長(zhǎng)率、沖擊強(qiáng)度和硬度，其中斷裂伸長(zhǎng)率*高可達(dá)800％，沖擊強(qiáng)度亦可提高到純PTFE的233％，但復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度有所降低。隨著CaCO含量的增加，彈性模量、斷裂伸長(zhǎng)率、沖擊強(qiáng)度和硬度呈先增加后減小的趨勢(shì)。在CaCO3填充量較少的情況下，經(jīng)鈦酸酯復(fù)合偶聯(lián)劑表面改性納米CaCO3復(fù)合材料的綜合物理機(jī)械性能要優(yōu)于未改性CaCO3復(fù)合材料。 
     納米粒子是在非平衡、苛刻條件下制得的，其表面原子處于高度活化狀態(tài)，表面能很高；因此，納米粒子問(wèn)的吸附作用很強(qiáng)，容易聚集，難以在聚合物基體中均勻分散。實(shí)際應(yīng)用中，常用偶聯(lián)劑對(duì)填料顆粒進(jìn)行表面處理，增加粒子問(wèn)的排斥力位能，促使粒子均勻、穩(wěn)定的分散。