无机纳米材料在环氧树脂增韧改性中的应用

无机纳米材料是纳米材料从物质的类别来划分出的一种纳米材料。指其组成的主体是无机物质。纳米材料指的是纳米结构按一定方式堆积或一定基体中分散形成的宏观材料。纳米结构为至少一维尺寸在1～100nm 区域的结构，它包括纳米粒子、纳米纤维、纳米薄膜、纳米块状和纳米晶等。

无机纳米粒子具有很强的活性，使其易与环氧树脂分子发生键合作用，提高了分子间的作用力，其对聚合物的增韧克服了传统弹性体在增韧聚合物的同时使其刚度和强度降低的缺点，因而在环氧树脂及其多种聚合物改性中的应用日益广泛。

1、纳米SiO2

纳米SiO2是不定型的白色粉末（指团聚状态），其分子结构呈三维链状，存在大量不饱和的残键和不同键合态的羟基。它可与基材的某些基团发生键合作用，从而大大改善材料的硬度和强度。纳米SiO2颗粒尺寸小，具有较高的流动性，当采用适当的方式与树脂复合时，其分布在高分子键的空隙中，使得复合材料的强度、韧性、延展性显著提高。

2、层状硅酸盐粘土

层状硅酸盐是粘土矿物，如钠蒙脱土、锂蒙脱土和海泡石等可用于制备聚合物，目前研究较多并具有实际应用前景的纳米复合材料用层状硅酸盐、结构单元是由一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间形成的层状结构，层间有可交换性阳离子，如Na+、Ca2+、Mg2+等，它们中可与无机金属离子或有机阳离子等交换，从而修饰硅酸盐层间表面形成具有不同性能的无机和有机粘土，这种硅酸盐粘土以纳米级微块分散在聚合物中，形成无机/有机复合材料，其性能明显优于纯聚合物材料，在制备聚合物/纳米复合材料领域中得到广泛应用。

3、纳米CaCO3

纳米CaCO3材料来源易得，用纳米CaCO3作为塑料填充剂可减少树脂用量，大大降低成本，而且制品的拉伸强度、伸长率等性能指标均有所提高，起到补强剂的作用，还可以提高塑料加工时的流变性和挤出速度，改善塑料加工性能。研究发现，掺加纳米CaCO3后材料得以增强增韧，且其光透性能没有受到影响。

4、纳米TiO2

TiO2的晶体粒径达到纳米级后，其性能得到极大改善产生突破性的变化。将其添加于环氧树脂中可明显提高材料的综合性能。

5、纳米Al2O3

工业界对纳米Al2O3在聚合物和环氧树脂改性中的应用进行了大量的研究，将纳米Al2O3粒子用作橡胶填充时可以提高其介电性、耐磨性和材料的耐高温冲击韧性。纳米α-Al2O3与环氧树脂的复合材料，使其模量增加，玻璃化转变温度提高，模量达极大值。纳米Al2O3与其他填料一起填充聚合物还可能产生协同效应。

6、纳米ZnO

纳米ZnO是常用于聚合物增韧改性主流产品，它用于改性环氧树脂已相当广泛，但仍存在许多问题，主要是如何解决纳米粒子的团聚，使其尽可能均匀地分散在聚合物材料体系中，以得到增强增韧的高性能环氧树脂复合材料。

7、石墨烯

任小孟等研究了天然石墨（NG）、石墨烯（GNS）、膨胀石墨（EG）和氧化石墨烯（GO）4种石墨烯类材料对环氧树脂的增韧和增强作用。不同添加剂对断裂伸长率的影响不同，石墨烯（GNS）的作用最明显，余者较差，天然石墨（NG）不能增韧环氧树脂。

2016年3月Haydale公司与其他公司合作，利用纳米石墨烯填料/ARALDITER环氧树脂材料首次研制成汽车壳体，并在2016JEC（巴黎复合材料展览会）展示。与传统复合材料汽车壳体相比，其强度更高，更环保、耐用，还具有降低增强纤维含量从而降低车壳重量（轻量化）的潜力。

采用无机纳米粒子填充环氧树脂使其韧性、强度、耐湿热性、耐磨性等各方面都得到提高，尤其是石墨烯的出现，使环氧树脂基的复合材料进一步高性能化和多功能化，甚至产生许多特异的功能。随着科技进步，纳米级粒子及表面处理技术不断成熟，环氧树脂、无机纳米复合材料将在电子元器件、食品包装、燃料罐、汽车、航空等领域显示出更广阔的应用前景。

来源：王慧,王秀玲,丁著明.无机纳米粒子在环氧树脂增韧改性中的应用[J].热固性树脂,2018,33(06):55-65.