改性四氟複合材料之納米粒子

納米材料是近年發展起來的具有優異性能的新材料，具有良好的塑性及韌性，其強度和硬度比普通粗晶材料高4~5倍。由於納米粒子尺寸小、比表麵積大，與聚合物問的界麵麵積及其相互作用大；因此可獲得更理想的界麵黏合。此外，二者熱膨脹係數不匹配問題也得到了消除，納米材料作為填料用於高分子材料改性，在力學性能方麵取得了良好的效果，具有廣闊的應用前景。 
     目前用於填充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。 
     何春霞等人對納米SiO2、TiO2、A12O3、ZrO2填充PTFE複合材料進行了拉伸和硬度試驗。
      結果表明：在P T F E中填充納米S i 0 2、TiO2、Al2O3、ZrO2後，其硬度增大，拉伸強度和斷裂伸長率有不同程度的下降。對於納米Al2O3填充的PTFE，隨著Al2O3用量的增加，拉伸強度及斷裂伸長率先下降，隨後有一定的回升；當納米Al：O的
質量分數為10%時，PTFE複合材料的拉伸強度及斷裂伸長率*大，磨損量*小，耐磨性*好，其綜合力學性能達到*佳。另外，隨著Al2O3用量的增加，PTFE複合材料會從韌性材料轉向脆性材料。即納米SiO2的加入會使PTFE從塑性材料變為典型的脆性材料，其硬度也顯著增大。 
     王海寶等人對納米A12O3改性PTFE的研究結果表明：納米A12O3粒子的加入提高了複合材料的拉伸強度和硬度，但降低了摩擦係數和斷裂伸長率。隨納米Al2O3用量的增加，PTFE複合材料的拉伸強度增加，而斷裂伸長率則減小。 
     董高峰等人的研究表明，複合材料拉伸強度和斷裂伸長率隨SiO2(1O~30nm)、TiO2(15-30nm)和ZrO2(20～25nm)含量的升高而降低；斷裂伸長率隨氧化矽含量的升高而急劇下降，導致材料由塑性轉化為脆性；拉伸強度和斷裂伸長率隨氧化鋁(20～ 30nm)含量的升高呈波動變化，當氧化鋁質量分數為1 0％時，材料的拉伸強度和斷裂伸長率*大。張豔誠對納米粒子SiO2、TiO2、AI203、ZrO2填充PTFE的力學性能也進行了研究。PTFE複合材料的拉伸強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律；但納米粒子使PTFE複合材料的拉伸強度下降的程度比其他粗晶填料的影響要小，其中納米Al2O3、ZrO2使複合材料拉伸強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，這是因為納米SiO2、TiO2的比表麵積較大，表麵能高，粒子之問的吸附力較強，容易聚集成粒子團。 
     趙正平等人的研究表明，納米CaCO3顯著提高了複合材料的彈性模量、斷裂伸長率、衝擊強度和硬度，其中斷裂伸長率*高可達800％，衝擊強度亦可提高到純PTFE的233％，但複合材料的拉伸強度有所降低。隨著CaCO含量的增加，彈性模量、斷裂伸長率、衝擊強度和硬度呈先增加後減小的趨勢。在CaCO3填充量較少的情況下，經鈦酸酯複合偶聯劑表麵改性納米CaCO3複合材料的綜合物理機械性能要優於未改性CaCO3複合材料。 
     納米粒子是在非平衡、苛刻條件下製得的，其表麵原子處於高度活化狀態，表麵能很高；因此，納米粒子問的吸附作用很強，容易聚集，難以在聚合物基體中均勻分散。實際應用中，常用偶聯劑對填料顆粒進行表麵處理，增加粒子問的排斥力位能，促使粒子均勻、穩定的分散。