纳米复合材料基本信息

书 名:纳米复合材料

作　者：马晓燕，梁国正，鹿海军

出版社： 科学出版社

出版时间： 2009-7-1

纳米复合材料内容简介

本书系统论述了近几年来聚合物/天然硅酸盐黏土纳米复合材料研究领域的主要研究成果，内容包括天然硅酸盐蒙脱土、累托石等的结构与性能，黏土的有机改性，聚合物基黏土纳米复合材料的制备、结构与性能，黏土在聚合物中解离的热力学、动力学问题，黏土对热固性树脂固化反应动力学的影响，黏土对聚合物熔体流变性、结晶性、力学性能、热机械性能等的影响，论述并建立了黏土纳米复合材料微观力学模型。书中的大部分内容为作者课题组近几年来的研究成果，另外还包括国际、国内相关学者的最新研究成果。

本书可供高分子科学与工程及相关领域的研究者阅读，也可作为高等院校材料学及高分子化学与物理等相关专业师生的参考用书。

纳米复合材料图书目录

前言

第1章　硅酸盐黏土矿物的晶体结构及性能

1.1　离子化固体结构

1.1.1　最紧密堆积与原子间空隙

1.1.2　离子晶体结构

1.2　层状硅酸盐晶体结构与矿物类型

1.2.1　黏土矿物层型

1.2.2　黏土矿物的分类

1.3　层状硅酸盐表面官能团及Lewis酸碱性

1.4　层状硅酸盐带电表面

1.5　硅酸盐胶粒的双电层及电动电位

1.5.1　双电层的形成及电荷分布

1.5.2　电势及其计算

1.6　聚合物改性用纳米硅酸盐黏土

1.6.1　蒙脱土

1.6.2　累托石

1.6.3　海泡石

参考文献

第2章　聚合物基黏土纳米复合材料的制备

2.1　黏土的有机改性

2.1.1　有机改性剂的选择原则

2.1.2　几种有机黏土的结构与性能

2.1.3　有机黏土的分散性

2.2　黏土在聚合物中的插层与解离

2.2.1　黏土插层/解离的热力学基础

2.2.2　黏土插层/解离的动力学条件

2.3　黏土/聚合物纳米复合材料的制备

2.3.1　原位插层聚合法制备黏土/聚合物纳米复合材料

2.3.2　溶液共混法制备黏土/聚合物纳米复合材料

2.3.3　熔融共混法制备黏土/聚合物纳米复合材料

参考文献

第3章　黏土/热塑性聚合物纳米复合材料的形貌

3.1　黏土在聚合物中解离的规律

3.1.1　有机蒙脱土在极性聚合物中的解离

3.1.2　有机蒙脱土在非极性聚合物中的解离

3.1.3　有机蒙脱土在共聚物中的解离

3.1.4　熔融共混工艺与黏土的解离状态

3.1.5　黏土在纳米复合材料中分散与解离状态的表征方法

3.2　黏土/聚合物纳米复合材料的结晶形貌

3.2.1　聚丙烯纳米复合材料的结晶形貌

3.2.2　有机蒙脱土对尼龙结晶性能的影响

3.3　黏土对共混体系形貌的影响

3.3.1　有机累托石在聚丙烯/聚烯烃弹性体体系的分散与解离

3.3.2　POE在复合材料中的分布

3.3.3　改性体系的结晶形貌

3.4　黏土纳米复合材料的界面相互作用

3.4.1　复合材料的界面相互作用

3.4.2　界面研究方法概述

3.4.3　反气相色谱法研究纳米复合材料界面相互作用

3.4.4　理论模拟方法研究纳米复合材料界面相互作用

参考文献

第4章　黏土/热塑性聚合物纳米复合材料的性能

4.1　概论

4.2　聚氨酯黏土纳米复合材料

4.2.1　有机累托石对聚氨酯熔融流变性能的影响

4.2.2　有机累托石对聚氨酯硬度的影响

4.2.3　复合材料的静态力学性能

4.2.4　力学性能与微观结构

4.2.5　复合材料的动态力学性能

4.2.6　复合材料的耐介质性能

4.2.7　复合材料的热性能

4.3　聚丙烯黏土纳米复合材料

4.3.1　黏土对聚丙烯等温结晶性能的影响

4.3.2　有机累托石对聚丙烯非等温结晶性能的影响

4.3.3　纳米复合材料的静态力学性能

4.3.4　纳米复合材料的动态力学性能

4.4　黏土/聚烯烃共混体系纳米复合材料

4.4.1　有机累托石改性聚丙烯/聚烯烃弹性体体系的性能

4.4.2　有机蒙脱土改性的热塑性聚烯烃

4.5　有机蒙脱土/尼龙纳米复合材料

4.6　有机蒙脱土/EVA纳米复合材料

4.6.1　EVA黏土纳米复合材料的机械性能

4.6.2　纳米复合材料的微观力学模型

参考文献

第5章　黏土复合凝胶聚合物电解质的结构与性能

第6章　黏土/热固性树脂纳米复合材料的形貌与性能

参考文献

复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，如今发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。

在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。我们制备的纳米蒙脱土/PA6复合材料中，纳米蒙脱土的层间距为1.96nm，处于国内同类材料的领先水平（中国科学院为1.5~1.7nm），蒙脱土复合到尼龙基体中后完全剥离成为厚度1~1.5nm的纳米微粒，其复合材料的耐温性能、阻隔性能、抗吸水性能均非常优秀，此材料已经实现了产业化；正在开发的纳米TiO2/聚丙烯复合材料具有优良的抗菌效果，纳米TiO2粉体在聚丙烯中分散达到60nm以下，此项技术正在申报发明专利。

由于纳米聚合物复合材料的成型工艺不同于普通的聚合物，本方向还积极开展新的成型方法研究，以促进纳米复合材料产业化的进行。

碳纳米管是上个世纪九十年代初发现的一种新型的碳团簇类纤维材料，具有许多特别优秀的性能。

我们在碳纳米管取得的研究成果主要包括：

1）大规模生产多壁碳纳米管的技术，生产出的碳纳米管的质量处于世界先进水平，生产成本也很低，为碳纳米管的工业应用创造了条件。

2）开发了制造碳纳米管为电极材料的双电层大容量电容器的技术。

3）开发了制造具有软基底定向碳纳米管膜的技术。

钨铜复合材料具有良好的导电导热性、低的热膨胀系数而被广泛地用作电接触材料、电子封装和热沉材料。采用纳米粉末制备的纳米钨铜复合材料具有非常优越的物理力学性能，我们采用国际前沿的金属复合盐溶液雾化干燥还原技术成功制备了纳米钨铜复合粉体和纳米氮化钨－铜复合粉体，目前正在加紧其产业化应用研究。

《阻燃聚合物纳米复合材料》系统论述阻燃聚合物纳米复合材料的基本原理、制备方法、性能、现代分子力学计算模型及各类热塑性与热固性聚合物纳米材料，特别是对这类纳米材料的发展前景及未来待研究的领域提出了富有前瞻性和创造性的见解。

《阻燃聚合物纳米复合材料》由全球20位从事阻燃材料研究的专家著述，内容涵盖了他们近年的研究成果，是一本很有价值的专著，可供高分子材料行业的研究、生产人员使用，也可作为高等院校有关专业的参考教材。

第1章 概论

第2章 纳米材料

第3章 填充纳米复合材料

第4章 杂化复合材料

第5章 插层复合材料

第6章 纳米复合材料的应用

第7章 纳米复合材料的结构与表征

阻燃聚合物纳米复合材料

1.阻燃性与聚合物可燃性导论1

1.1 引言1

1.2 聚合物燃烧与测试2

1.2.1 可燃性的实验室测试3

1.2.2 聚合物的燃烧4

1.3 阻燃5

1.3.1 一般阻燃作用机理5

1.3.2 各类阻燃机理6

1.3.3 阻燃剂的选择标准16

1.3.4 高分散阻燃剂16

1.4 结论与展望17

参考文献18

2.聚合物纳米复合材料技术基础25

2.1 引言25

2.2 聚合物纳米复合材料原理26

2.2.1 纳米填料分散性的热力学分析26

2.2.2 纳米复合材料的制备方法29

2.2.3 分散特征：测定分散性的通用技术及其局限性34

2.3 纳米填料对材料性能的影响36

2.3.1 对聚合物结晶性的影响36

2.3.2 对力学性能的影响41

2.3.3 对阻隔性的影响45

2.4 展望48

参考文献49

3.聚合物/黏土纳米复合材料阻燃机理56

3.1 引言56

3.2 阻燃机理57

3.2.1 聚苯乙烯/黏土纳米复合材料57

3.2.2 聚丙烯/黏土纳米复合材料64

3.2.3 聚合物/黏土纳米复合材料的热分析68

3.3 结论与展望69

参考文献70

4.聚合物/碳纳米管复合材料热力学稳定性的分子力学计算方法74

4.1 引言74

4.2 研究背景和相关内容75

4.3 方法描述77

4.4 PS/CNT复合材料的应用79

4.5 不确定度与局限性83

4.6 总结85

参考文献86

5.纳米复合材料主要阻燃机理的特殊影响88

5.1 前言88

5.2 纳米粒子形态对阻燃性能的影响89

5.2.1 插层、分层、分散及剥离形态89

5.2.2 取向91

5.2.3 燃烧过程或阻隔形成过程纳米粒子的形态92

5.3 阻燃效应及其对纳米复合材料耐火性的影响94

5.3.1 惰性填料与炭层形成94

5.3.2 分解与渗透性95

5.3.3 黏度与阻燃性的关系96

5.3.4 传热与传质屏障97

5.4 阻燃性能评估99

5.4.1 不同火性能的差异分析99

5.4.2 不同火情对纳米复合材料的不同影响101

5.5 总结与结论102

参考文献103

6.膨胀系统与纳米复合材料：阻燃聚合物的新途径108

6.1 引言108

6.2 膨胀原理109

6.3 分子筛作为膨胀系统的协效剂113

6.4 高聚物纳米复合材料中的膨胀系统117

6.5 纳米填料作为膨胀系统的协效剂120

6.6 最新研究进展综述125

6.7 总结和结论128

参考文献129

7.含有机黏土、碳纳米管及它们与氢氧化铝复配物的EVA的阻燃性能135

7.1 引言135

7.2 实验过程139

7.2.1 材料139

7.2.2 共混139

7.2.3 分析140

7.3 EVA/有机黏土纳米复合材料140

7.3.1 EVA/有机黏土纳米复合材料的制备及其结构.140

7.3.2 EVA/有机黏土纳米复合材料的热稳定性140

7.3.3 EVA/有机黏土纳米复合材料的阻燃性能141

7.3.4 EVA纳米复合材料的NMR研究及其阻燃机理143

7.3.5 EVA纳米复合材料的插层和剥离.143

7.3.6 传统阻燃填料氢氧化铝和有机黏土的复配144

7.3.7 能通过UL-1666测试的有机黏土/ATH 同轴线缆护套料145

7.4 EVA/碳纳米管纳米复合材料145

7.4.1 碳纳米管的一般性能145

7.4.2 碳纳米管的制备与纯化146

7.4.3 EVA/MWCNT和EVA/MWCNT/有机黏土共混物的阻燃性146

7.4.4 MWCNT复合物炭层的裂缝密度及其表面形貌.148

7.4.5 LDPE/CNT复合物的阻燃性能149

7.4.6 含新型阻燃体系MWCNT/有机黏土/ATH 的电缆料150

7.5 总结与结论152

参考文献152

8.含卤系和非膨胀磷系阻燃剂的纳米复合材料157

8.1 引言157

8.1.1 聚合物/有机黏土纳米复合材料.157

8.1.2 传统卤系和非膨胀磷系阻燃剂.157

8.2 制备方法与形态研究158

8.2.1 熔融共混与溶液共混159

8.2.2 原位聚合162

8.2.3 制备方法总结.163

8.3 热稳定性164

8.4 力学性能166

8.5 阻燃性能168

8.5.1 锥形量热仪169

8.5.2 LOI与UL-94燃烧测试175

8.6 阻燃机理179

8.6.1 纳米复合材料与卤系阻燃剂复配.180

8.6.2 纳米复合材料与非膨胀磷系阻燃剂复配181

8.7 总结和结论183

参考文献183

9.热固性阻燃纳米复合材料189

9.1 引言189

9.2 黏土190

9.2.1 阳离子黏土190

9.2.2 阴离子黏土191

9.3 热固性纳米复合材料192

9.4 阳离子黏土基环氧树脂纳米复合材料193

9.4.1 制备过程193

9.4.2 特征197

9.4.3 热稳定性与燃烧行为198

9.5 阴离子黏土基环氧树脂纳米复合材料205

9.5.1 制备过程205

9.5.2 特征208

9.5.3 热稳定性与燃烧行为209

9.6 聚氨酯纳米复合材料216

9.6.1 制备过程217

9.6.2 特征217

9.6.3 热稳定性与燃烧行为217

9.7 乙烯基酯纳米复合材料218

9.7.1 制备过程219

9.7.2 特征219

9.7.3 热稳定性与燃烧行为220

9.8 总结和结论221

参考文献222

10.含新型纳米粒子的纳米复合材料阻燃研究进展228

10.1 导言228

10.2 聚合物/纳米氧化物复合材料228

10.2.1 纳米二氧化硅228

10.2.2 金属氧化物230

10.2.3 聚倍半硅氧烷232

10.3 碳基纳米复合材料235

10.3.1 氧化石墨236

10.3.2 碳纳米管238

10.4 结果讨论251

10.4.1 阻燃机理251

10.4.2 形貌252

10.4.3 热失重分析253

10.5 总结和结论254

参考文献254

11.聚合物纳米复合材料的阻燃应用前景260

11.1 导言260

11.2 纳米复合材料应用要求260

11.3 应用领域264

11.3.1 本体聚合物264

11.3.2 薄膜、纤维和纺织品267

11.3.3 涂层273

11.3.4 复合材料275

11.3.5 泡沫塑料277

11.4 未来展望277

参考文献278

12.聚合物纳米复合材料阻燃研究中的实际问题及发展趋势283

12.1 导言283

12.2 聚合物纳米复合材料的结构与分散284

12.2.1 原位聚合284

12.2.2 溶液共混287

12.2.3 熔融共混288

12.3 聚合物纳米复合材料的分析291

12.3.1 纳米级分析技术292

12.3.2 微米级分析技术296

12.3.3 宏观分析技术296

12.4 防火与环保法规的变化297

12.5 纳米粒子目前的环境健康及安全状况299

12.6 工业化存在的问题300

12.7 聚合物纳米复合材料的阻燃性机理302

12.8 未来展望305

参考文献309