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納米復合材料如何提高塑料熱力學性能二

2007/8/10 15:04:24 人評論

強度更大的TPOs              在通用汽車和Southern Clay Products發(fā)表的論文中,提到了許多通過添加納米粘土來改善車用TPO性能的方法。這些成果都來之不易:由于粘土具有易團聚的特點最初的使用非常困難,后來通過優(yōu)化粘土在擠壓機中的進料方式、螺桿設計、螺桿轉速、溫度以及壓力等而得到了解決。而一旦這個問題得到了解決,添加納米復合物的TPO就比傳統的云母做填料的TPO在許多方面表現出了其更優(yōu)的性能,比如低溫下保持良好的延展性,消除"老虎紋"、減少了涂料的分層,改善匯合線外觀,提高著色性能、抗刮擦能力,而且還可以回收循環(huán)使用。更重要的,從3%到21%的低填充量,降低了材料密度(從0.92比0.96到1.13g/cc), 導致其與配件粘合時,只需要很少的黏合劑,進一步降低了成本。             汽車外部、內部以及發(fā)動機罩內的眾多使用了納米復合物汽車部件中,納米復合物適合用在汽車儀表盤、搖桿蓋、側壁裝飾、格柵、發(fā)動機罩通氣槽,儀表板,座位/IP泡沫,車內門板、柱罩、發(fā)動機擋板、風扇罩,進氣管,燃油箱及燃油管等部件上。             除TPO/納米粘土復合物以外,通用汽車還采用碳納米管代替目前通用的熱固性樹脂材料。目前GM致力于用納米管或短的納米光纖來代替連續(xù)的碳光纖以降低在Class A的應用中的加固力級別。納米管在降低塑料熱擴散系數方面也非常有效。          4.彎曲模量與填充材料的關系圖:在ChevyImpala TPO 模型上獲得最佳的彎曲模量, 納米粘土的用量比標準云母石少75% (來源: Southern Clay Products)     更好的阻隔能力              由于納米粘土的使用,聚合物材料在阻隔方面的技術也取得了很大的進步,Mitsubishi Gas Chemical (MGC) 和 Honeywell Specialty Polymers兩家公司都采用Nanocar的納米粘土做添加劑的尼龍做多層PET瓶的防護層以及食品包裝膜的防護層。MGC的MXD6尼龍納米復合物,又叫Imperm N,在歐洲被商業(yè)化應用在啤酒以及其它酒精飲料的包裝瓶-多層PET瓶上。另外它也被用在碳酸飲料的包裝瓶上。在未來的半年內,Imperm系列其它的產品也將會推出用于包裝熟肉和奶酪的熱成型容器以及包裝薯片與調味醬的多層柔性薄膜上。                  Honeywell的Aegis 尼龍6納米復合物最初是針對PET啤酒瓶的。在2003年后半年,韓國的Hite酒業(yè)公司的1.6升Hite Pitcher 啤酒在宣傳時也介紹說運用了該公司含除氧劑的產品。在其中,Aegis是它三層結構中的防護層,據說可以使貨架期達26個星期。                  Honeywell同時還瞄準另一些級別的Aegis納米復合物,用這些不含有除氧劑的生產薄膜或袋子,來替代原來使用的EVOH。據報道,這個級別的納米復合物比EVOH更廉價,防護效果更佳,更輕質更透明,耐穿刺性更好(因為它內部為納米結構,不防礙光的通過)。              美國軍方及NASA與Triton System、Inc.、Chelmsford、Mass等合作,致力于研究納米粘土作為提高EVOH的防護能力的填料,用來實現食品的長期保鮮。曾經實驗性的將混入3%的Southern Clay的Cloisite的EVOH像做三明治一樣夾在兩層PP中間做成熱成型餐盤。據報道不放冰箱,也能達到三至五年的貨架器,且更透明,工藝更簡單,可以回收利用。              美國鋁公司CSI、Crawfordsville、Ind. 都在申請可以用在啤酒瓶、果汁瓶或是碳酸飲料的塑料瓶蓋上的共擠防護襯套的專利。它包括一層尼龍6/納米粘土復合物以及一或兩層含有、除氧劑的EVA層。據說,和別的防護材料相比在非常高的濕度下(相對濕度95%到96%)性能更佳。              韓國的LG化學股份公司新近開發(fā)出了一種用含有3%到5%納米粘土的高密度聚乙烯材料制得的高阻隔性的單層吹塑型容器,用來做甲苯以及一些輕質烴等流體的處理容器。              萬能的納米碳             在上個世紀90年代初,就有運用將尼龍12與碳納米管的復合物做成內部防護層,應用在汽車燃油管組件:快速連接器和過濾器中。Hyperion Catalysis 現在則瞄準于將納米管引入到別的樹脂材料中應用到汽車的燃料系統中。比如改性尼龍和一些含氟聚合物。這種新型含氟聚合物/納米管復合材料可以用來制造車用燃油連接器的O形圈。             在電子工業(yè)上,聚碳酸酯和聚醚酰亞胺(GE的Ultem)材質的計算機硬件,經由納米管的增強,可以有更好的傳導性,表面更加光滑。             在過去的三年中,歐洲一家非常大的汽車制造公司添加碳納米管到GE的 Noryl GTX 尼龍/PPO合金中,鑄模成型外部擋泥板。這種導電納米復合物材料可以用靜電法上漆。             位于蘭辛市東部的密歇根大學(MSU)復合物材料與結構中心新近開發(fā)出了一種表面處理過的石墨納米板。石墨的模量是粘土的好幾倍,并且具有更佳的電學和熱學方面的性能,它與一個環(huán)氧樹基接合以后,與一般碳光纖和納米碳黑相比,會有更佳的力學性能以及更高的電導率。MSU預見到它在回聲探測儀的保護與電磁干擾屏蔽方面具有很大的發(fā)展?jié)撃?。這種塑料納米石墨復合物將會賣到$5/磅,比納米管或蒸發(fā)-生成的碳光纖要來的便宜得多。     納米碳管能改變的遠不只是傳導率。美國國家標準與技術研究院(NIST),研究發(fā)現碳納米管添加到PP里面,不只改善材料的強度及性能,而且可以改變熔融聚合物的流動狀況,切實去除模口膨脹。              納米阻燃劑                  NIST的大量研究已經證明了納米粘土作為阻燃增效劑的效力。他們發(fā)現,添加了2% 到5%的納米粘土的尼龍6的散熱速度減少了32% 到63%。              特殊配混料公司Foster Corp最近也宣布將高含量級別的(含13.9%)的納米粘土添加到尼龍12彈性體中,僅有原來1/8厚度的時候,就可以達到UL 94V-0 的級別。在燒焦實驗中作為碳的一種形式,納米粘土的添加讓典型的添加50%的鹵素/ 銻氧化物的阻燃體系用量減少到一半,很大程度的降低了物理損害。公司在2001年為管道和薄膜引入了這種尼龍12/納米粘土復合物。              德國的Sud-Chemie公司(在Ky 路易斯維爾的美國的辦事處)提供了一種叫Nanofil的改良納米粘土做阻燃劑。它最近還開發(fā)了一種無鹵素的EVA/PE電纜,它含有3%到5%新Nanofil SE 3000,其添加52%到55%的氫氧化鋁或氫氧化鎂,它具有更好的力學性能,更光滑的表面以及更快的擠出速度。              根據Hyperion Catalysis,兩項最近的研究表明多層碳納米管也將會被應用到無鹵素的阻燃劑。不管是在EVA中還是在馬來酐改性的PP中添加2.4%到4.8%的納米管將會達到比添加等量的納米粘土更好的放熱速度。

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