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纳米材料技术作为一门高新科学技术，纳米技术具有极大的价值和作用。下面我给大家分享一些纳米材料与技术3000字论文， 希望能对大家有所帮助！
纳米材料与技术3000字论文篇一：《试谈纳米复合材料技术发展及前景》
[摘要]纳米材料是指材料显微结构中至少有一相的一维尺度在100nm以内的材料。纳米材料由于平均粒径微小、表面原子多、比表面积大、表面能高，因而其性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性，具有许多常规材料不可能具有的性能。纳米材料由于其超凡的特性，引起了人们越来越广泛的关注,不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一，纳米技术将成为21世纪的主导技术。
[关键词]高聚物纳米复合材料
一、 纳米材料的特性
当材料的尺寸进入纳米级，材料便会出现以下奇异的物理性能：
1、尺寸效应
当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减小，导致声、光电、磁、热、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。如当颗粒的粒径降到纳米级时，材料的磁性就会发生很大变化，如一般铁的矫顽力约为80A/m，而直径小于20nm的铁，其矫顽力却增加了1000倍。若将纳米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力学性能，甚至还可以赋予其新性能。
2、表面效应
一般随着微粒尺寸的减小，微粒中表面原子与原子总数之比将会增加，表面积也将会增大，从而引起材料性能的变化，这就是纳米粒子的表面效应。
纳米微粒尺寸d(nm) 包含总原子表面原子所占比例(%)103×1042044×1034022.5×1028013099从表1中可以看出，随着纳米粒子粒径的减小，表面原子所占比例急剧增加。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，很容易与 其它 原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中，这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。
3、量子隧道效应
微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，这称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。它的研究对基础研究及实际 应用，如导电、导磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意义。
二、高聚物/纳米复合材料的技术进展
对于高聚物/纳米复合材料的研究十分广泛，按纳米粒子种类的不同可把高聚物/纳米复合材料分为以下几类：
1、高聚物/粘土纳米复合材料
由于层状无机物在一定驱动力作用下能碎裂成纳米尺寸的结构微区，其片层间距一般为纳米级，它不仅可让聚合物嵌入夹层，形成“嵌入纳米复合材料”，还可使片层均匀分散于聚合物中形成“层离纳米复合材料”。其中粘土易与有机阳离子发生交换反应，具有的亲油性甚至可引入与聚合物发生反应的官能团来提高其粘结。其制备的技术有插层法和剥离法，插层法是预先对粘土片层间进行插层处理后，制成“嵌入纳米复合材料”，而剥离法则是采用一些手段对粘土片层直接进行剥离，形成“层离纳米复合材料”。
2、高聚物/刚性纳米粒子复合材料
用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是改善其力学性能的另一种可行性 方法 。随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的 发展 ，特别是近年来纳米级无机粒子的出现，塑料的增韧彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法。采用纳米刚性粒子填充不仅会使韧性、强度得到提高，而且其性价比也将是不能比拟的。
3、高聚物/碳纳米管复合材料
碳纳米管于1991年由S.Iijima 发现，其直径比碳纤维小数千倍，其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。
碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出碳纳米管的强度实验值为30-50GPa。尽管碳纳米管的强度高，脆性却不象碳纤维那样高。碳纤维在约1%变形时就会断裂，而碳纳米管要到约18%变形时才断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa，比传统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。
在电性能方面，碳纳米管作聚合物的填料具有独特的优势。加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。与以往为提高导电性而向树脂中加入的碳黑相比，碳纳米管有高的长径比，因此其体积含量可比球状碳黑减少很多。同时，由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好，填入聚合物基体时不会断裂，因而能保持其高长径比。爱尔兰都柏林Trinity学院进行的研究表明，在塑料中含2%-3%的多壁碳纳米管使电导率提高了14个数量级，从10-12s/m提高到了102s/m。
三、前景与展望
在高聚物/纳米复合材料的研究中存在的主要问题是：高聚物与纳米材料的分散缺乏专业设备，用传统的设备往往不能使纳米粒子很好的分散，同时高聚物表面处理还不够理想。我国纳米材料研究起步虽晚但 发展 很快，对于有些方面的研究 工作与国外相比还处于较先进水平。如：漆宗能等对聚合物基粘土纳米复合材料的研究;黄锐等利用刚性粒子对聚合物改性的研究都在学术界很有影响;另外，四川大学高分子 科学 与工程国家重点实验室发明的磨盘法、超声波法制备聚合物基纳米复合材料也是一种很有前景的手段。尽管如此，在总体水平上我国与先进国家相比尚有一定差距。但无可否认，纳米材料由于独特的性能，使其在增强聚合物 应用中有着广泛的前景，纳米材料的应用对开发研究高性能聚合物复合材料有重大意义。特别是随着廉价纳米材料不断开发应用，粒子表面处理技术的不断进步，纳米材料增强、增韧聚合物机理的研究不断完善，纳米材料改性的聚合物将逐步向 工业 化方向发展，其应用前景会更加诱人。
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纳米材料与技术3000字论文篇二：《试论纳米技术在新型包装材料中的应用》
【摘 要】作为一门高新科学技术，纳米技术具有极大的价值和作用。进入20世纪90年代，纳米科学得到迅速的发展，产生了纳米材料学、纳米化工学、纳米机械学及纳米生物学等，由此产生的纳米技术产品也层出不穷，并开始涉及汽车行业。
【关键词】纳米技术 包装材料
1 纳米技术促进了汽车材料技术的发展
纳米技术可应用在汽车的任何部位，包括发动机、底盘、车身、内饰、车胎、传动系统、排气系统等。例如，在汽车车身部分，利用纳米技术可强化钢板结构，提高车体的碰撞安全性。另外，利用纳米涂料烤漆，可使车身外观色泽更为鲜亮、更耐蚀、耐磨。内装部分，利用纳米材料良好的吸附能力、杀菌能力、除臭能力使室内空气更加清洁、安全。在排气系统方面，利用纳米金属做为触媒，具有较高的转换效果。
由于纳米技术具有奇特功效，它在汽车上得到了广泛的应用，提升汽车性能的同时延长使用寿命。
2 现代汽车上的纳米材料
(1)纳米面漆。汽车面漆是对汽车质量的直观评价，它不但决定着汽车的美观与否，而且直接影响着汽车的市场竞争力。所以汽车面漆除要求具有高装饰性外，还要求有优良的耐久性，包括抵抗紫外线、水分、化学物质及酸雨的侵蚀和抗划痕的性能。纳米涂料可以满足上述要求。纳米颗粒分散在有机聚合物骨架中，作承受负载的填料，与骨架材料相互作用，有助于提高材料的韧性和其它机械性能。研究表明，将10%的纳米级TiO2粒子完全分散于树脂中，可提高其机械性能，尤其可使抗划痕性能大大提高，而且外观好，利于制造汽车面漆涂料;将改性纳米CaCO3以质量分数15%加入聚氨酯清漆涂料中，可提高清漆涂料的光泽、流平性、柔韧性及涂层硬度等。
纳米TiO2是一种抗紫外线辐射材料，加之其极微小颗粒的比表面积大，能在涂料干燥时很快形成网络结构，可同时增强涂料的强度、光洁度和抗老化性;以纳米高岭土作填料，制得的聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料不仅透明，而且吸收紫外线，同时也可提高热稳定性，适合于制造汽车面漆涂料。
(2)纳米塑料。纳米塑料可以改变传统塑料的特性，呈现出优异的物理性能：强度高，耐热性强，比重更小。随着汽车应用塑料数量越来越多，纳米塑料会普遍应用在汽车上。主要有阻燃塑料、增强塑料、抗紫外线老化塑料、抗菌塑料等。阻燃塑料是燃烧时，超细的纳米材料颗粒能覆盖在被燃材料表面并生成一层均匀的碳化层，起到隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的作用，从而起到阻燃作用。
目前汽车设计要求规定，凡通过乘客座舱的线路、管路和设备材料必须要符合阻燃标准，例如内饰和电气部分的面板、包裹导线的胶套，包裹线束的波纹管、胶管等，使用阻燃塑料比较容易达到要求。增强塑料是在塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、CaCO3、SiO2等，这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用，可以使聚丙烯等塑料的抗拉强度、抗冲击韧性和弹性模量上升，使塑料的物理性能得到明显改善。
抗紫外线老化塑料是将纳米级的TiO2、ZnO等无机抗紫外线粉体混炼填充到塑料基材中。这些填充粉体对紫外线具有极好的吸收能力和反射能力，因此这种塑料能够吸收和反射紫外线，比普通塑料的抗紫外线能力提高20倍以上。据报道这类材料经过连续700小时热光照射后，其扩张强度损失仅为10%，如果作为暴露在外的车身塑料构件材料，能有效延长其使用寿命。抗菌塑料是将无机的纳米级抗菌剂利用纳米技术充分地分散于塑料制品中，可将附着在塑料上的细菌杀死或抑制生长。这些纳米级抗菌剂是以银、锌、铜等金属离子包裹纳米TiO2、CaCO3等制成，可以破坏细菌生长环境。据介绍无机纳米抗菌塑料加工简单，广谱抗菌，24小时接触杀菌率达90%，无副作用。
(3)纳米润滑剂。纳米润滑剂是采用纳米技术改善润滑油分子结构的纯石油产品，它不会对润滑油添加剂、稳定剂、处理剂、发动机增润剂和减磨剂等产品产生不良作用，只是在零件金属表面自动形成纯烃类单个原子厚度的一层薄膜。由于这些微小烃类分子间的相互吸附作用，能够完全填充金属表面的微孔，最大可能地减小金属与金属间微孔的摩擦。与高级润滑油或固定添加剂相比，其极压可增加3倍-4倍，磨损面减小16倍。由于金属表面得到了保护，减小了磨损，使用寿命成倍增加。
另外，由于纳米粒子尺寸小，经过纳米技术处理的部分材料耐磨性是黄铜的27倍、钢铁的7倍。目前纳米陶瓷轴承已经应用在奔驰等高级轿车上，使机械转速加快、质量减小、稳定性增强，使用寿命延长。
(4)纳米汽油。纳米汽油最大优点是节约能源和减少污染，目前已经开始研制。该技术是一种利用现代最新纳米技术开发的汽油微乳化剂。它能对汽油品质进行改造，最大限度地促进汽油燃烧，使用时只要将微乳化剂以适当比例加入汽油便可。交通部汽车运输节能技术检测中心的专家经试验后认为，汽车在使用加入该微乳化剂的汽油后，可降低其油耗10%～20%，增加动力性能25%，并使尾气中的污染物(浮碳、碳氢化合物和氮氧化合物等)排放降低50%～80%。它还可以清除积碳，提高汽油的综合性能。更令人注意的是，纳米技术应用在燃料电池上，可以节省大量成本。因为纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力。根据实验结果，在室温常压下，约2/3的氢能可以从这些纳米材料中得以释放，故其能替代昂贵的超低温液氢储存装置。
(5)纳米橡胶。汽车中橡胶材料的应用以轮胎的用量最大。在轮胎橡胶的生产中，橡胶助剂大部分成粉体状，如炭黑、白炭黑等补强填充剂、促进剂、防老剂等。以粉体状物质而言，纳米化是现阶段橡胶的主要发展趋势。新一代纳米技术已成功运用其它纳米粒子作为助剂，而不再局限于使用炭黑或白炭黑，汽车中最大的改变即是，轮胎的颜色已不再仅限于黑色，而能有多样化的鲜艳色彩。另外无论在强度、耐磨性或抗老化等性能上，新的纳米轮胎均较传统轮胎都优异，例如轮胎侧面胶的抗裂痕性能将由10万次提高到50万次。
(6)纳米传感器。传感器是纳米技术应用的一个重要领域，随着纳米技术的进步，造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面。半导体纳米材料做成的各种传感器，可灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化，这在汽车尾气和大气环境保护上已得到应用。纳米材料来制作汽车尾气传感器，可以对汽车尾气中的污染气体进行吸附与过滤，并对超标的尾气排放情况进行监控与报警，从而更好地提高汽车尾气的净化程度，降低汽车尾气的排放。我国纳米压力传感器的研制已获得成功，产品整体性能超过国外的超微传感器，缩小了我国在这一技术领域与世界先进国家存在的差距。有专家认为，到2020年，纳米传感器将成为主流。
(7)纳米电池。早在1991年被人类发现的碳纳米管韧性很高，导电性极强，兼具金属性和半导体性，强度比钢高100倍， 密度只有钢的1/6。我国科学家最近已经合成高质量的碳纳米材料，使我国新型储氢材料研究一举跃入世界先进行列。此种新材料能储存和凝聚大量的氢气，并可做成燃料电池驱动汽车，储氢材料的发展还会给未来的交通工具带来新型的清洁能源。
结语
随着材料技术的发展，纳米技术已成为当今研究领域中最富有活力，对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象。纳米科技正在推动人类社会产生巨大的变革，未来汽车技术的发展，有极大部分与纳米技术密切相关，纳米材料和纳米技术将会给汽车新能源、新材料、新零部件带来深远的影响。对于汽车制造商而言，纳米技术的有效运用，有效地促进技术升级、提升附加价值。相信在不久的将来，纳米技术必将在汽车的制造领域得到更广泛的应用。
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纳米材料与技术3000字论文篇三：《试谈纳米技术及纳米材料的应用》
摘要：本文主要论述了纳米材料的兴起、纳米材料及其性质表现、纳米材料的应用示例、纳米材料的前景展望，以供与大家交流。
关键词：纳米材料;应用;前景展望
1.纳米技术引起纳米材料的兴起
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。80年代初，德国科学家H.V.Gleiter成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后，纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应，使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能，使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的 热点 。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。
2.纳米材料及其性质表现
2.1纳米材料
纳米(nm)是长度单位，1纳米是10-9米(十亿分之一米)，对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
2.2纳米材料的特殊性质
纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著影响，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。
3.纳米材料的应用示例
目前纳米材料主要用于下列方面：
3.1高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料
纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中，力学性能提高约一个量级，还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤：起始溶液的制备与混和;喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末;再经流床热化学转化成为纳米晶WC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂，可以抑制烧结过程中的晶粒长大。
3.2纳米结构软磁材料
Finemet族合金已经由日本的Hitachi Special Metals，德国的Vacuumschmelze GmbH和法国的 Imply等公司推向市场，已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的 Alps Electric Co.一直在开发Nanoperm族合金，该公司与用户合作，不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。
3.3电沉积纳米晶Ni
电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构，但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、pH值和镀池的成份，电沉积的Ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大，添加溶质并使其偏析在晶界上，以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应，可实现结构的稳定。例如，添加千分之几的磷、流或金属元素足以使纳米结构稳定至600K。电沉积涂层脉良好的控制晶粒尺寸分布，表现为Hall-Petch强化行为、纯Ni的耐蚀性好。这些性能以及可直接涂履的工艺特点，使管材的内涂覆，尤其是修复核蒸汽发电机非常方便。这种技术已经作为 EectrosleeveTM工艺商业化。在这项应用中，微合金化的涂层晶粒尺寸约为100nm，材料的拉伸强度约为锻造Ni的两倍，延伸率为15%。晶间开裂抗力大为改善。
3.4Al基纳米复合材料
Al基纳米复合材料以其超高强度(可达到1.6GPa)为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土(如Y、Ce)和过渡族金属(如 Fe、Ni)。通常必须用快速凝固技术(直接淬火或由初始非晶态通火)获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似，即室温下超常的高屈服应力和加工软化(导致拉神状态下的塑性不稳定性)。这类纳米材料(或非晶)可以固结成块材。例如，在略低于非晶合金的晶化温度下温挤。加工过程中也可以完全转变为晶体，晶粒尺寸明显大干部份非晶的纳米复合材料。典型的Al基体的晶粒尺寸为100～200nm，镶嵌在基体上的金属间化合物粒子直径约50nm。强度为0.8～1GPa，拉伸韧性得到改善。另外，这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤Al基纳米复合材料已经商业化，注册为Gigas TM。雾化的粉末可以固结成棒材，并加工成小尺寸高强度部件。类似的固结材料在高温下表现出很好的超塑性行为：在1s-1的高应变速率下，延伸率大于500%。
4.纳米材料的前景趋向
经过我国材料技术人员多年对纳米技术的研究探索，现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子，纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。可以预测：不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生;用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用;分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。
近年来还有一些引人注目的发展趋势新动向，如：(1)纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头;(2)巨电导的发现;(3)颗粒膜巨磁电阻尚有潜力;(4)纳米组装体系设计和制造有新进展。
董发勤 王光华 张宝述
（西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳 621010）
摘要 本研究利用粉碎加工后天然纤维水镁石为原料，并对其进行表面改性，然后将表面改性的天然纤维水镁石与少量Cu2＋、Zn2＋斜发沸石或Cu2＋、Zn2＋型蛭石抗菌剂复合，制备出了具有阻燃、增强、抗菌等功能的复合粉体。在此基础上，对开发的多功能复合粉体材料填充聚丙烯（PP）的效果进行了综合试验，通过熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、断口冲击强度的测定和垂直燃烧与氧指数试验，探讨了改性与不改性及添加量对PP的物理性能、加工性能和燃烧性能的影响［1～16］。
关键词 纤维水镁石；表面改性；多功能粉体；复合材料。
第一作者简介：董发勤（1963—），男，博士，教授、博导。电话：；E-mail：。
一、引言
塑料、橡胶和化纤三大合成材料在国民经济中具有极其重要和广泛的用途，但是它们潜在的易燃性是不容忽视的。从化学成分上分析，合成材料中的高分子材料部分就其本质而言是不能做成防火材料的，然而在合成材料制品中加入阻燃剂是最方便有效的方法，它可以阻止引燃、抑制火焰传播和起到熄火的作用，同时还可以提高合成材料制品的物理、化学性能。陕西黑木林纤维水镁石（FB）矿床位于略（阳）-勉（县）-宁（强）三角构造断裂带，南秦岭加里东-海西褶皱带南缘，陈家山-茶店子复背斜中黑木林-袁坎子向斜北翼，板块构造，该区被称为南秦岭古海沟火山岛弧带［1～2］。该矿床中，FB与温石棉共生于块状蛇纹岩内，矿区中大量产出的FB质量很好。本项目就是针对我国这特有纤维水镁石矿物资源，以及纤维水镁石型功能粉体开发薄弱的特点，同时考虑其他功能外加剂及发挥组合矿物填料的优势，研制出了新型无机阻燃、补强、抗菌多功能复合粉体材料。
二、纤维水镁石表面改性
（一）红外分析
钛酸酯（四异丙氧基钛）改性水镁石的红外光谱图见图1，通过钛酸酯改性样与水镁石原样的红外光谱对比发现，在3600～3400 cm-1，1600～1400 cm-1，1130～950 cm-1，900～800 cm-1这四个吸收区间出现附加吸收谱带。其中3400 cm-1左侧出现吸收肩（3540 cm-1），1600～1400 cm-1区间的两个吸收带强度急剧增大，在1130 cm-1处出现较强的新谱带；同时在红外光谱中900～800 cm-1之间出现三个新光谱带（882 cm-1，855 cm-1，800 cm-1）。可以看出，水镁石表面发生了变化，说明钛酸酯与水镁石颗粒发生了偶联作用［3，4］。
（二） DTA和DTG分析
从硅烷（KH-550）改性水镁石的DTA曲线上（图2），发现在290～360℃之间出现一完缓的放热峰，相对应的TG曲线出现较明显的失重台阶，该区间的放热效应和热失重是由水镁石表面包覆的硅烷燃烧所致。硅烷（KH-550）的闪点为96.1℃，在改性料中燃烧开始放热，温度延续到290℃，说明硅烷与水镁石发生了化学键合作用。
图1 钛酸酯改性样与水镁石原样红外光谱对比
1—水镁石原样；2—0.5%钛酸酯改性水镁石（200目）；3—0.5%钛酸酯改性水镁石（超细）
图2 硅烷改性FB的TG-DTA曲线
在硬脂酸（正十八烷酸）改性水镁石（图3和图4）的DTA曲线上，60～200℃间的吸热谷（最大吸热温度110℃）为包覆于水镁石表面的硬脂酸熔化的结果（硬脂酸熔点69.6℃），在285～410℃间有一很强的放热峰（336℃），为硬脂酸燃烧放热，在510～530℃之间出现明显吸热谷，可能与水镁石分解过程中的次级相变有关。由此DTA曲线可以看出，硬脂酸与水镁石表面发生较好的包覆作用。
图3 1.5%硬脂酸改性FB（200目）的TG-DTA曲线
图4 2%硬脂酸（纯固体）改性FB（超细）的TG-DTA曲线
三、纤维水镁石基抗菌剂
通过对不同水镁石粉体的抗菌性能检测表明，块状水镁石的一般粉体和超细粉体对试验菌种没有抗菌效果；天然纤维水镁石粉体具有较强的抗菌性能，且其超细粉体比一般粉体的抗菌性能要强；对于改性块状水镁石的超细粉体而言，由于超细粉体具有较大的比表面积和表面能，对Cu2＋、Zn2＋具有一定的吸附性能，即改性后的超细粉体表面黏附有Cu2＋、Zn2＋，因此对试验菌种表现出一定的抗菌性能，但灭菌率较低［6，7］；改性纤维水镁石的超细粉体具有很强的抗菌性能，相对未改性的纤维水镁石的超细粉体而言，灭菌率有一定程度的提高。这主要是由于纤维水镁石的超细粉体和Cu2＋、Zn2＋本身具有的抗菌性协同抗菌，即存在协同抗菌效应。
（一）纤维水镁石/聚丙烯抗菌塑料
1.抗菌剂添加量对PP力学性能的影响
纤维水镁石基抗菌剂填充PP的力学性能测试结果列于表1，在PP中加入10%的纤维水镁石抗菌剂对PP的力学性能改善作用，即在 PP 塑料中添加纤维水镁石后，纤维水镁石能对 PP 起补强作用［8，9］。
表1 纤维水镁石基抗菌剂填充PP 力学性能测试结果
2.抗菌剂添加量对PP抗菌性能的影响
从纤维水镁石基抗菌剂填充PP的抗菌性能测试结果可以看出，对于同一纤维水镁石基抗菌剂填充PP，其对大肠杆菌的抑菌率都要强于对金黄色葡萄球菌的［10］。当抗菌母粒（抗菌剂）添加量逐步增加时，水镁石-PP抗菌塑料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率都有一定程度的提高。当抗菌母粒添加量为15%时，纤维水镁石基抗菌剂填充PP对大肠杆菌抑菌率最高单体可达到85.7%。在同样的添加量下，Cu2＋-Zn2＋复合型斜发沸石基抗菌剂对PP塑料的抗菌性能影响较Cu2＋型和Zn2＋型要强。结合纤维水镁石基抗菌剂填充PP力学性能测试结果可知，在制备斜发沸石基抗菌剂填充PP时，适宜添加10%的Cu2＋-Zn2＋复合斜发沸石基抗菌母粒［11，12］。
四、多功能纤维水镁石阻燃母粒
（一）纤维水镁石阻燃剂的阻燃效果试验
1.纤维水镁石阻燃剂的加入对聚丙烯（PP）机械性能的影响
限制ATH及人工合成氢氧化镁大量加入的主要因素是复合材料的机械性能降低，除添加型阻燃剂的添加量必须很大外，还受到机械性能、相容性、稳定性等其他因素的制约［13，14］。但是纤维水镁石阻燃剂是纤维状的，它在复合材料中能起到增强作用。因此，纤维水镁石阻燃剂加入使PP的硬度、抗拉强度、拉伸率（变形量）、密度均有变化。
（1）FB及改性FB的添加量对熔体流动速率的影响
添加FB及改性FB之后，PP的熔体流动速率均有下降，且其下降速度随添加量的增加而增大。FB的添加量为16.4%时，熔体流动速率下降较小的次序分别是P-FB、FB、K-FB 和N-FB，在37.4%以下时，降幅较慢的是 P-FB，而在37.4%以上时，降幅较快的也是 P-FB，当添加量为49.9%时，熔体流动速率变得很小。添加量在37.4%以下时，PL改性FB的效果最好［15，16］。
（2）FB及改性FB添加量对拉伸强度的影响
FB及改性FB添加量在16.4%时PP的抗拉强度均有所增加，FB、K-FB、N-FB和P-FB填充的PP的抗拉强度分别增加 3.7%，5.2%，5.0% 和 5.2%；在 28.5% 时，分别是 2.4%，4.2%，-0.8%和0.8%，说明纤维水镁石填充量在30%以下时，具有一定的增强效果。当添加量大于28.5%时，抗拉强度均有所下降，但降幅较小。
（3）FB及改性FB添加量对断裂伸长率、缺口冲击强度的影响
实验结果表明，随着FB 及改性FB 添加量的增加，PP 的断裂伸长率下降很快，添加量在大于37.4%之后，变化较小。改性与未改性FB的差别体现在添加量＜37.4%，钛酸酯改性的效果较好。随FB及改性FB添加量的增加，PP的断口冲击强度也下降，比较而言，PL改性FB填充PP的断口冲击强度下降较慢。
（4）FB与ATH协同效应试验
从上述实验结果可能看出，FB对PP的机械力学性能的影响是很大的，因此还对FB与氢氧化铝（ATH）的协同效应进行了试验，其结果见表2。从表2可以看出，FB与氢氧化铝（ATH）不同比例混合，用KH-550改性后，以60∶100比例添加，可以观察到熔体流动速率和断裂伸长率相对于单独添加FB有明显的增加，对拉伸强度和断口冲击强度的影响不明显。随FB∶ATH的比例增加，拉伸强度逐渐增加，而断裂伸长率减小。
表2 协同效应试验测试结果
注：ATH与FB的协同试验中采用的是PP100份，ATH＋FB的用量为60份。
2.纤维水镁石阻燃剂对PP的阻燃效果
（1）纤维水镁石阻燃剂对PP燃烧热的影响
从燃烧热测定可知，PP燃烧热绝对值是很大的，但加入纤维水镁石阻燃剂后，燃烧热急剧下降，当FB∶PP＝50∶100时，则其值下降约为64%，纤维水镁石阻燃剂添加量由33% ＞上升为38%，则反应焓下降约11%。但是，纤维水镁石阻燃剂的添加量并不是与反应焓严格成正比，如70∶100配比中纤维水镁石阻燃剂上升5%，而反应焓则下降甚微，表明抑制传热、吸热时，纤维水镁石阻燃剂在PP中有一个最佳范围。
（2）纤维水镁石阻燃剂填充PP的氧指数试验
纤维水镁石的加入使PP的氧指数有较大增加，当以70∶100 配比加入时，已有明显的阻燃效果，并且［OI］随FB 加入量的增加而继续上升。从发烟情况看，聚丙烯不完全燃烧有浓黑烟产生且有（毒）异味。烟主要是由于燃烧残余物中有低碳废气和挥发气体中碳微粒高的缘故。
（3）纤维水镁石多功能复合母粒
利用开发的补强阻燃抗菌材料、补强阻燃材料以及组合补强材料与树脂、助剂混合，通过熔融—挤出—共混—造粒等工艺制备纤维水镁石多功能复合母粒。其开发的补纤维水镁石多功能复合母粒的技术参数如下：形状：圆柱形；粒度2～3.5mm；密度≤2.0g/cm3；熔体流动速度1.0～5.0 g/10 min；氧指数＞27%；抑菌性：室温条件下细菌增长总量小于5%。
五、结论
1）以硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和硬脂酸为表面改性剂，成功地对纤维水镁石阻燃生料进行了表面改性，并利用红外和TG-DTA对改性效果进行了表征。
2）通过对水镁石-PP复合塑料的抗菌性能研究发现，当抗菌母粒添加量为15%时，纤维水镁石基抗菌剂填充PP对大肠杆菌抑菌率最高为85.7%。
3）对纤维水镁石超细粉体及其改性产品填充聚丙烯（PP）的效果进行了详细地试验，通过熔体流动速率、拉伸强度、断裂伸长率、断口冲击强度的测定和垂直燃烧与氧指数试验，探讨了改性与不改性及多功能复合粉体添加量对PP的物理性能、加工性能和燃烧性能的影响。
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Surface Modification and Development of Multi-Functional Composite Materials for Natural Fibrous Brucite Powder
Dong Faqin，Wang Guanghua，Zhang Baoshu
（Department of Material Science and Engineering，Southwest University of Science and technology，MianYang 621010，Sichuan，China）
Abstract：The multi-functional powder with antibacterial，flame retardant and reinforcing functions was prepared by adding antibacterial agents of Cu2＋-clinoptilolite and Zn2＋-clinoptilolite or Cu2＋-Vermiculite and Zn2＋-Vermiculite to the surface modified natural fibrous brucite powder from ShanXi province.The multi-functional composite powder was filled into polypropylene，and the resultant composite material was tested comprehensively with determination of flow rate，tensile strength，elongation rate at breakage and impact strength at fracture of the melt，and a test on vertical combustion and oxygen index test were carried out.The experimental results showed that the modification or without modification and added amount of multi-functional composite powder have heavy effects on physical properties，processing performances and combustion behavior of polypropylene composite material.
Key words：fibrous brucite，surface modification，multi-functional powder，composite materials.
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