摘要：要淪述了高密度聚乙烯（PE/-HD）/黏土納米復(fù)合材料的制備因素對(duì)結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響及其性能的研究進(jìn)展。當(dāng)前的研究表明，黏土有機(jī)化處理和使用相容劑能改善材料的插層和剝離結(jié)構(gòu)；PE—HD基體對(duì)結(jié)構(gòu)的影響比較復(fù)雜，一方向，隨著聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的增加．聚合物分子鏈的尺寸增加：分子鏈長(zhǎng)的聚合物更難進(jìn)入到黏土夾層間，小利于黏土的剝離；另一方面，黏度隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加而增加，黏度的增加在熔融加工過(guò)程中可提高熔體的剪切力，有利于聚合物進(jìn)入堆疊的納米黏土層間，使得片層分離而達(dá)到剝離結(jié)構(gòu)；黏土加入量過(guò)高不利于得到剝離結(jié)構(gòu)；在加工工藝上，母料法比直接混合法得到的插層效果好。選擇合適的設(shè)備、對(duì)螺桿進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高剪切效果都有利于得到插層和剝離結(jié)構(gòu)PE/-HD／黏土納米復(fù)合材料。PE-HD／黏土納米復(fù)合材料的性能研究表明，由于黏土沒(méi)達(dá)到*剝離和均勻分散，納米復(fù)合材料的脆性增加，韌性降低，且隨黏土含量的增加脆性增加，這與PE-HD和黏土界面相間的相互作用密切相關(guān)；黏土粒子分散程度越高，其與熔體接觸面積越大，PE-HD分子鏈運(yùn)動(dòng)受阻，材料彈性提高；納米復(fù)合材料中黏土層作為二維異向成核劑，可以提高材料的結(jié)晶速率，使結(jié)晶溫度升高，黏土含量過(guò)大會(huì)降低結(jié)晶度；黏土分散不均會(huì)造成復(fù)合材料的氣體滲透性降低；一方面，片層的阻透效應(yīng)可提高材料熱穩(wěn)定性，另一方向，有機(jī)改性黏土的催化作用又會(huì)使PE降解而降低其熱穩(wěn)定性，當(dāng)黏土含量適中時(shí)，黏土片層均勻分散，阻透性能起主要作用，但隨著黏土含量的增加，催化作用迅速加強(qiáng)并成為主要因素，使復(fù)合材料熱穩(wěn)定性降低；此外，燃燒過(guò)程中形成焦燒物可提高PE-/HD／黏土納米復(fù)合材料的阻燃性。


    聚乙烯（PE）是目前使用zui廣泛的聚烯烴之一，占世界聚烯烴消費(fèi)量的70％，占熱塑性通用塑料消費(fèi)量的44％。PE綜合性能*，價(jià)格低，可回收循環(huán)利用，具有較好的環(huán)境友好性，易于加工，廣泛用于薄膜、片材、瓶、罐、桶等中空容器及其他各種注塑和吹塑制品、管材和電線、電纜的絕緣和護(hù)套等。

    近年來(lái)，聚合物／黏土納米復(fù)合材料已成為學(xué)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。PE/黏土納米復(fù)合材料的制備方法主要有3種：溶液插層復(fù)合法、熔融插層復(fù)合法和原位插層聚合復(fù)合法（簡(jiǎn)稱原位聚合法）。溶液插層復(fù)合法是將PE溶解在溶劑中，PE分子鏈借助于溶劑插層進(jìn)入層狀硅酸鹽片層中，除去溶劑后得到PE／黏土納米復(fù)合材料。熔融插層復(fù)合法是在PE的熔點(diǎn)以上通過(guò)機(jī)械力的作用實(shí)現(xiàn)PE在黏土層間插層或使黏土層間剝離來(lái)制備PE／黏土納米復(fù)合材料。原位插層聚合復(fù)合法是將催化劑引入黏土層間，然后進(jìn)行乙烯聚合，通過(guò)聚合力的作用使黏土層間剝離，從而形成PE/黏土納米復(fù)合材料。

    由于PE/的非極性與極性黏土不相容，很難得到剝離效果較好的PE／黏土納米復(fù)合材料。目前，國(guó)內(nèi)外在這方面的研究還相對(duì)較少。相比之下，PE/-HD分子鏈上支鏈較短，使得其比低密度聚乙烯分子鏈更易于滲透進(jìn)入黏土片層間，得到高性能PE-HD/黏土納米復(fù)合材料。本文主要對(duì)PE-HD/黏土納米復(fù)合材料的制備因素對(duì)結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響以及結(jié)構(gòu)對(duì)材料各項(xiàng)性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)論述。

    1  PE/-HD／黏土納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形態(tài)

    PE-HD是非極性聚合物。與極性黏土間的界面相互作用較差，使黏土很難在PE-HD中達(dá)到均勻分散。一般認(rèn)為PE-HD／黏土混合物為不相容體系。由于組分間的相互作用不同，得到的PE-HD/黏土納米復(fù)合材料有著不同的結(jié)構(gòu)。

    目前，人們普遍認(rèn)為，與聚合物／黏土納米復(fù)合材料一樣，PE-HD／黏土納米復(fù)合材料熔融混合可能得到3種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料：傳統(tǒng)的復(fù)合材料、插層型納米復(fù)合材料以及剝離型復(fù)合材料。3種復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    通常焓和熵共同影響PE/-HD/黏土復(fù)合材料的剝離和插層過(guò)程，理論上兩相相容要求Flory—Huggins相互作用參數(shù)小于零。但正如前面提到的，PE-HD與黏土間的相容性差，即使對(duì)PE-HD／黏土體系進(jìn)行各種處理，一般也很難得到*剝離結(jié)構(gòu)。Chong Min Koo等研究表明，如果使聚合物與黏土有很好的相容性，可得到4種類型納米復(fù)合材料：混亂的剝離、有序的剝離、插層和剝離共存、插層；并且指出插層或剝離型納米復(fù)合材料類型與黏土層間距有關(guān)，當(dāng)黏土片層間的距離小于某一值時(shí)層狀黏土的插層占主要作用。只有在層狀黏土的層間距離大于9 nm才能避免鄰近層問(wèn)的吸引作用，在納米復(fù)合材料體系中保持剝離狀態(tài)。

 2  制備因素對(duì)PE-HD／黏土復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響 

    與聚合物／黏土納米復(fù)合材料一樣，PE-HD/黏土納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)受到很多因素的影響，其中主要因素有黏土的有機(jī)改性、相容劑、加工條件等。

    2．1 PE/-HD與黏土相互作用的影響

    PE-HD與黏土間的相互作用在很大程度上決定這兩個(gè)分離相間的相容性。極性的黏土與非極性PE-HD這2種材料間的表面能不同，使黏土在PE-HD中分散困難。通?？赏ㄟ^(guò)離子交換反應(yīng)使黏土有機(jī)化，或使用極性馬來(lái)酸酐接枝來(lái)增加聚合物的極性。
    
    一般來(lái)說(shuō)，未經(jīng)有機(jī)化處理的黏土很難得到插層或剝離型納米復(fù)合材料。Shaofeng Wang等通過(guò)透射電子顯微鏡（TEM）研究PE-HD／黏土納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)得到的是黏土粒子以微米級(jí)尺寸分散在PE-HD基體中的傳統(tǒng)的復(fù)合材料，而使用有機(jī)改性黏土可較好地提高PE-HD與黏土間的相瓦作用，得到插層或剝離結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料。E．M．Araujo等研究了帶不同長(zhǎng)度的有機(jī)基團(tuán)和極性基團(tuán)的季胺鹽改性黏土對(duì)納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)未改性黏土的層間距基本沒(méi)有變化。而有機(jī)改性黏土的層間距大大增加，TEM觀察發(fā)現(xiàn)納米復(fù)合材料中除了插層的黏土層外還有團(tuán)聚的黏土層，說(shuō)明發(fā)生了部分插層。Chungui Zhao直接使用了1種反應(yīng)型插層劑來(lái)改性黏土，使黏土層邊沿的端羥基反應(yīng)和層內(nèi)離子交換同時(shí)進(jìn)行，X射線衍射（XRD）和TEM證明存在著黏土剝離層．得到了部分剝離結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料。 
   
    此外，加入相容劑可有效提高PE-HD和黏土兩相間相互作用。Jinguo Zhang，研究發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有加入馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯（PE-g-MAH）作相容劑的PE-HD/黏土納米復(fù)合材料。其層間距只有較小的改變，而加入PE-g-MAH后層問(wèn)距明顯加大。  
  
     大量研究表明，采用PE-g-MAH作相容劑可提高PE-HD／黏土納米復(fù)合材料的插層、剝離結(jié)構(gòu)的效果，但目前一般都只能得到插層結(jié)構(gòu)或插層和剝離共存的結(jié)構(gòu)，很難得到*剝離結(jié)構(gòu)并且均勻分散的PE-HD/黏土納米復(fù)合材料。

    2.2 PE-HD/相對(duì)分子質(zhì)量的影響   
 
    PE-HD的相對(duì)分子質(zhì)zui也影響PE-HD／黏土納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，但這一因素的作用是雙向的。隨著聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的增加，聚合物分子鏈的尺寸增加，分子鏈長(zhǎng)的聚合物更難進(jìn)入到黏土夾層間，其層間距一般為1.5～3.5 nm，因此，從這方面來(lái)看，相對(duì)分子質(zhì)量的增加不利于黏土的剝離。另一方面，隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加，材料的黏度增加，而黏度的增加可提高加工過(guò)程中熔體的剪切力，有利于聚合物進(jìn)入堆疊的納米黏土間，使黏土片層分離而得到剝離結(jié)構(gòu)。David Chu研究了重均相對(duì)分子質(zhì)量為87 000～460 000的PE-HD的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)極性蒙脫土分散性的影響，XRD分析表明，與低相對(duì)分子質(zhì)量（86 520）和中相對(duì)分子質(zhì)量（155 920）的PE-HD/黏土納米復(fù)合材料（層間距分別為2.83 nm和2.94nm）相比。高相對(duì)分子質(zhì)量（460 430）PE-HD/黏土納米復(fù)合材料（層間距為3.32nm）的插層效果更好。  

    另外，相對(duì)分子質(zhì)量的影響還包括不同相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物皋體和不同相對(duì)分子質(zhì)量的PE-g-MAH相容劑．這使卡丌對(duì)分子質(zhì)量的影響兇素更為復(fù)雜。目前在一些文獻(xiàn)中，關(guān)于相塒分子質(zhì)量的這兩力‘面影響岡素對(duì)黏十的插層、剝離結(jié)構(gòu)及均勻分散效果的影響到底哪一岡素起主要作用還沒(méi)有一致的結(jié)論。

    2．3黏土含量的影響  

    黏土的含量對(duì)PE-HD黏土納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形態(tài)也有較人影響。Y．H．Lee等研究了PE-HD／PE-HD-g-MAH／黏土體系，在PE-HD-g-MAH含量相同的條件下，黏土含量少于1％的復(fù)合體系沒(méi)有黏土的XRD特征衍射峰，說(shuō)明得到剝離結(jié)構(gòu)PE-HD／黏土納米復(fù)合材料，而黏土含量分別為3％和5％的復(fù)合體系，黏土特征衍射峰仍然存在，只是衍射強(qiáng)度降低，層間距增大，證明存在插層和部分剝離結(jié)構(gòu)。黏土含量會(huì)影響PE-HD/黏土納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。不同的黏土含量可相應(yīng)得到插層、插層和剝離的混合、有序的剝高、無(wú)序的剝離結(jié)構(gòu)的PE-HD/黏土納米復(fù)合材料，并且黏土含量小于1％時(shí)有利于得到剝離結(jié)構(gòu)。

    此外，對(duì)PE-g-MAH/黏土納米復(fù)合材料的研究表明。黏土含量也會(huì)影響復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)。T．G．Gopa—kumar發(fā)現(xiàn)，黏土含量為5％的PE-g-MAH／黏土復(fù)合材料，其衍射峰強(qiáng)度下降，可知黏土層幾乎*剝離，得到了剝離結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料；對(duì)于黏土含量大于10％的復(fù)合材料。XRD衍射峰沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明沒(méi)有剝離。Chong Min Koo等研究表明，納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)隨黏土含量的變化發(fā)生4個(gè)階段的轉(zhuǎn)變。*階段，黏土體積分?jǐn)?shù)低于9％，納米復(fù)合材料的形態(tài)結(jié)構(gòu)為混亂無(wú)序的剝離結(jié)構(gòu)；第二階段，黏土體積分?jǐn)?shù)為12％～18％，空間相互作用會(huì)誘導(dǎo)黏土片層有序排列，使材料形成有序剝離結(jié)構(gòu)；第三階段，黏土體積分?jǐn)?shù)為2l％～24％，形成插層與剝離共存結(jié)構(gòu)，且兩者間的轉(zhuǎn)變不是連續(xù)的；第四階段，黏土體積分?jǐn)?shù)高于27％，材料以插層結(jié)構(gòu)為主。

     可見(jiàn)，體系中黏土含量增加不利于得到剝離結(jié)構(gòu)PE-HD/黏土納米復(fù)合材料，因而在研究中需考慮黏土的含量．以達(dá)到較好的效果。

    2．4加工條件的影響

    加工條件的影響主要包括加工設(shè)備、螺桿結(jié)構(gòu)、加工工藝等。Y．H．Lee研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入相容劑。PE-HD-g-MAH并采用具有長(zhǎng)停留時(shí)間構(gòu)型的雙螺桿擠出機(jī)熔融混合時(shí)，可得到*剝離和分散的PE-HD／黏土納米復(fù)合材料，認(rèn)為這與螺桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有關(guān)，選擇合適的螺桿可增加物料在螺桿中的停留時(shí)間，使熔體在螺桿中受到高剪切作用，有利于聚合物插層進(jìn)入到黏土片層間。Sarat K．Swain采用帶有不同頻率超頻機(jī)頭設(shè)備的單螺桿擠出機(jī)混合擠出不同黏土含量的PE-HD／黏土納米復(fù)合材料，通過(guò)XRD、TEM和紅外光譜研究納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，發(fā)現(xiàn)超聲波處理使材料的層間距增大了50％，PE-HD更容易插層到黏土中。Saul Sarlchez-VaIdes等經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，兩步法混合黏土的分散性和插層效果比一步法好，一步法得到的材料黏土層間距為3.59 nm，而兩步法中黏土層間距為4．0l nm，相差達(dá)0.42nm。

    可見(jiàn)，設(shè)備的選擇、螺桿的合理設(shè)計(jì)可改善PE-HD／黏土納米復(fù)合材料的插層、剝離結(jié)構(gòu)，在工藝上，兩步法（先做母料）比一步法（直接混合）得到的插層效果好。

3 PE/-HD／黏土納米復(fù)合材料的性能  
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    結(jié)構(gòu)與性能緊密相關(guān)，結(jié)構(gòu)決定性能。PE-HD／黏土納米復(fù)合材料*的結(jié)構(gòu)賦予了材料優(yōu)異的性能，與純PE相比，PE-HD/黏土有著很好的力學(xué)性能、流變性能、阻透性、阻燃性和熱性能。下面就目前人們對(duì)PE-HD/黏土納米復(fù)合材料性能的研究進(jìn)展進(jìn)行概述。  
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    3．1 PE-HD／黏土納米復(fù)合材料的力學(xué)性能 

    復(fù)合材料的力學(xué)性能受很多因素影響，包括填料的形狀和大小、分散性、聚合物與填料界面黏結(jié)性等。對(duì)于PE-HD／黏土復(fù)合材料，力學(xué)性能主要受黏土在聚合物中分散性能的影響。 

    David Chu研究發(fā)現(xiàn)，黏土和PE/—HD的相互作用可提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和硬度，黏土含量為8％時(shí)，PE-HD／黏土納米復(fù)合 材料的模量南純PE-HD的9 6 1．2 7 MPa增加到1 40 7．3 6 MPa，其中PE-HD／黏土復(fù)合材料插層效果越好，模量越高。但南于黏土片層沒(méi)有*剝離，粒子團(tuán)聚造成應(yīng)力集中．使得柔韌性降低，材料變脆，斷裂伸長(zhǎng)率由823．44％下降到77．85％。Ajit Ratlade等研究發(fā)現(xiàn)，PE／PE-g-MAH。黏土納米復(fù)合材料組分問(wèn)存在協(xié)同作用．應(yīng)力——應(yīng)變曲線出現(xiàn)明顯的屈服，其中黏土含量為1％的納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度zui高，拉伸強(qiáng)度達(dá)35 MPa，拉伸模量達(dá)1 400 MPa，而純PE-HD的拉伸強(qiáng)度為26 MPa，拉伸模量為5 80 MPa。Y．H．Lee同樣發(fā)現(xiàn)，加入PE—g—MAH，材料的屈服模量和拉伸模量增加，而未加人PE—g—MAH時(shí)，黏土為聚集結(jié)構(gòu)．他指出使納米復(fù)合材料力學(xué)性能增強(qiáng)的重要因素是增加黏土和聚合物間的接觸面積，高長(zhǎng)徑比的黏土粒子使應(yīng)力在PE—HD和黏土粒子間的界面更好傳遞。Maged A．Osman等研究發(fā)現(xiàn)，剝離程度增加，納米復(fù)合材料的屈服應(yīng)力由2 6 MPa增加到28 MPa，但屈服應(yīng)變由9．8％降低到6．2％，可看出材料柔韌性降低，剛性增加。M．Tanniru研究發(fā)現(xiàn)，黏土含量為4％的PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的彈性模量為767 MPa，比PE增加了1 6 3 MPa，室溫下缺口沖擊強(qiáng)度比PE降低了50 9／6，沖擊斷裂面顯示．初始區(qū)和增長(zhǎng)區(qū)兩個(gè)區(qū)域沒(méi)有出現(xiàn)PE—HD斷裂銀紋。 

    綜上所述，PE/—HD／黏土納米復(fù)合材料的脆性增加，韌性降低，且隨黏土含量的增加脆性增加，材料的脆性和韌性行為與黏土的分散、PE—HD和黏土界面相間的相互作用有關(guān)，這主要還是由于黏土沒(méi)達(dá)到*剝離和均勻分散。提高材料的力學(xué)性能，關(guān)鍵在于PE—HD／黏土納米復(fù)合材料中黏土的剝離與均勻分散結(jié)構(gòu)。 

    3．2 PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的流變性能 

    流變性能與微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，決定著材料的加工特性。目前，人們普遍認(rèn)為納米尺寸的黏土粒子加人到聚合物中，可以改變聚合物的流變性能。 

    Y．H．Lee等研究發(fā)現(xiàn)，在低角頻率的剪切流動(dòng)中．PE—HD和PE—HD／黏土納米復(fù)合材料在牛頓行為區(qū)域只有較小的變化，而PE—HD／PE—g—MAH／黏土體系，其復(fù)數(shù)黏度在低頻區(qū)明顯增加，且剪切變稀行為越強(qiáng)，分析認(rèn)為，復(fù)合材料中微粒的尺寸越小，其表面積越大。剪切變稀行為越強(qiáng)。黏土含量為0～1.0％，加人PE—g—MAH的復(fù)合材料，其儲(chǔ)能模量在所有頻率下隨黏土含量的增加而單調(diào)增加，可見(jiàn)PE—HD／黏土熔體彈性得到提高。Jennifer A．Lee等發(fā)現(xiàn)，熔融混合PE—g—MAH和絡(luò)合離子交換處理的黏土可以形成部分剝離結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料，納米復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量比PE—HD的大．其黏彈性明顯不同于純PE。 

    蠕變是在固定應(yīng)力下應(yīng)變對(duì)時(shí)間的依賴性，可反映材料的黏彈性行為，因?yàn)轲椥圆牧蠎?yīng)力作用具有時(shí)間和溫度依賴性，流變行為對(duì)于黏性材料是瞬時(shí)的，而對(duì)于彈性材料是具有時(shí)間依賴性的。在PE納米復(fù)合材料的研究中，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上的固態(tài)聚合物蠕變性能很重要。Ajit Ranade等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PE—g—MAH加入到PE中，蠕變行為增強(qiáng)，而加人黏土，蠕變行為減弱，且初始蠕變隨黏土含量增加而降低，時(shí)間依賴性下降，表明PE—HD／PE—g—MAH／黏土納米材料的彈性增加，蠕變應(yīng)變減小，具有更好的蠕變回復(fù)能力。 

    從流變性能來(lái)看，黏土粒子存PE—HD中的分散程度越高，其接觸面積越大，聚合物分子鏈在復(fù)合材料巾受約束的部分比例越大，分子鏈運(yùn)動(dòng)受阻，材料彈性增加。3．3 PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的結(jié)晶性能 

    PE—HD具有高結(jié)晶性，其結(jié)晶性能直接影響材料的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、加二r性能和材料的使用，PE—HD／黏土中的黏土片層會(huì)引起材料結(jié)晶性能的變化。 

    A．Mudaliar等通過(guò)差示掃描量熱儀（DSC）研究PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的結(jié)f；I!I性能．發(fā)現(xiàn)由于黏土的成核作用，黏土含量為4％的PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的結(jié)晶度由純PE—HD的3 9．8％增加到56．1‰，且成核作用受到黏土含量的影響，黏土含量從4％增加到8％，納米復(fù)合材料結(jié)晶度由5 6．1％降低到48.0％，這可能是由于黏土含量的增加產(chǎn)生了抑制作用，降低了聚合物鏈的活動(dòng)性。M．Tanniru同樣發(fā)現(xiàn)黏土的加人使材料結(jié)晶度增加，并且認(rèn)為結(jié)晶度的增加受納米黏土成核作用的影響，界面相互作用對(duì)自由能及結(jié)晶速率影響很大。T．G．G0pakumar研究發(fā)現(xiàn)，隨黏土含量增加，結(jié)晶溫度由117℃提高到：119℃，對(duì)于非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)在成核初始和增長(zhǎng)過(guò)程各向異性的黏土片層作為晶核可以形成二維異向成核．提出剝離黏土片層影響材料的成核方式和晶粒幾何增長(zhǎng)。這些納米尺寸的粒子作為異向成核劑。     
可見(jiàn)，*剝離結(jié)構(gòu)納米尺寸分散的黏土可作為二維異向成核劑，增加材料的結(jié)晶速率，提高結(jié)晶溫度，但黏土含量增加會(huì)使得結(jié)晶度降低。 

    3．4 PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的氣體滲透性   
   
    填充物的形狀和長(zhǎng)徑比影響著復(fù)合材料的性能．尤其是氣體滲透性。而PE—HD／黏土納米復(fù)合材料由于高度有序的納米層狀結(jié)構(gòu)使氣體分子滲透時(shí)受到很多阻礙。結(jié)品粒子的片狀平行異向排列迫使氣體分子繞其迂回運(yùn)動(dòng)，使氣體滲透系數(shù)降低。從層狀黏土納米復(fù)合材料的不同幾何模型上分析，黏土片層可使材料的滲透性比原聚合物明顯降低。    

    材料的結(jié)晶相致密，對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)是不可滲透的．因此氣體滲透系數(shù)與黏土的分散程度及PE—HD／黏土的相互作用有很大父系。但由于PE—HD與黏土間的相容性差，兩相間的相互作用不足以得到*剝離的結(jié)構(gòu)．氣體滲透系數(shù)下降不明顯。E．Picard發(fā)現(xiàn)，PE—HD／黏土納米復(fù)合材料氣體滲透系數(shù)與PE—HD、PE-HD-g-MAH相似，沒(méi)有增加。這是由于黏土片層沒(méi)達(dá)到剝離結(jié)構(gòu)，分散不均勻，PE—HD／黏土納米復(fù)合材料氣體滲透性的提高幅度很小，因此，黏土的剝離和均勻分散對(duì)PE—HD／黏土納米復(fù)合材料氣體滲透性的影響很大。 

    3．5 PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的熱性能     

    Chungui Zha0等通過(guò)熱重分析（TGA）曲線研究了PE和PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)在升溫初始階段（溫度在400℃之前），由于H0fmann反應(yīng)和黏土催化分解，PE—HD／黏土納米復(fù)合材料比PE熱分解速度快（PE—HD／黏土納米復(fù)合材料和PE的質(zhì)量保留率分別為9 7．0％和99.2%），當(dāng)溫度高于400℃后，PE—HD／黏土納米復(fù)合材料比PE更穩(wěn)定，其初始分解溫度為4 6 1．5℃，比PE提高3 3．5℃，zui大分解溫度為4 9 2℃，比PE提高8℃，還發(fā)現(xiàn)隨著黏土含量的增加，PE—HD／黏土納米復(fù)合材料分解溫度降低。據(jù)報(bào)道，黏土片層具有較好的阻透性能，可降低氧分子的擴(kuò)散，改善PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，但另一方面，黏土有機(jī)改性中引入的有機(jī)離子會(huì)由于H0fmann反應(yīng)分解，分解產(chǎn)物可催化PE分解，這將降低PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。   
   
    總體上，有機(jī)改性黏土對(duì)PE—HD／黏土納米復(fù)合材料熱穩(wěn)定性具有正反兩方面影響，一方面，由于片層  的阻透效應(yīng)增強(qiáng)了材料的熱穩(wěn)定性，另一方面，有機(jī)改性黏士的催化作用使PE分解而降低其熱穩(wěn)定性。當(dāng)增加少量黏土，黏土片層分散得好，阻隔性能起主要作  用，但隨著增加量的提高，催化作用迅速加強(qiáng)并成為主要因素，使材料熱穩(wěn)定性降低。 
   
    3．6   PE-HD／黏土納米復(fù)合材料的阻燃性能    
  
    目前市面上較多的阻燃材料都是含鹵阻燃，對(duì)人體和環(huán)境有害。PE—HD／黏土復(fù)合材料的顯著阻燃性  能特點(diǎn)可望成為新的阻燃材料，使其更具有*性。 
     
    Chungui Zhao等研究發(fā)現(xiàn)。PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的放熱比率明顯降低，且隨黏土含量的增加  而降低。PE—HD／黏土納米復(fù)合材料即使含很少的黏土，在著火前黑色的焦燒也能迅速形成，燃燒后，PE沒(méi)有殘留物，而PE—HD／黏土納米復(fù)合材料形成原來(lái)形狀的同體焦燒殘留物，說(shuō)明PE—HD／黏土納米復(fù)合材料燃燒過(guò)程中焦燒保護(hù)就能迅速形成，大大降低了燃燒放熱峰。其阻燃機(jī)理是聚合物／黏土納米復(fù)合材料促進(jìn)焦燒的形成，阻止熱量傳遞。Y．H．Lee發(fā)現(xiàn)，黏土含量小于1．0％的剝離結(jié)構(gòu)的PE—HD／黏土納米復(fù)合材料比PE—HD的燃燒率大大降低，說(shuō)明黏土含量較少時(shí)可以得到高度剝離的納米尺寸黏土片層，這是材料阻燃性能增強(qiáng)的關(guān)鍵。納米黏土的阻燃性有兩個(gè)可能原因：納米黏土的氣體阻透性阻止了氣體的擴(kuò)散和黏土本身所具有的阻燃特性。 
     
    PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的放熱比率曲線分兩個(gè)階段：*階段放熱比率迅速增加，第二階段隨時(shí)間延長(zhǎng)放熱比率維持不變。與熱穩(wěn)定性能一樣，有機(jī)改性黏土對(duì)PE／黏土納米復(fù)合材料阻燃性的誘導(dǎo)燃燒時(shí)間同樣有正反兩個(gè)作用，一是阻礙作用，增加燃燒誘導(dǎo)時(shí)間，另一個(gè)是催化作用，減少燃燒誘導(dǎo)時(shí)間。在點(diǎn)燃  初始階段，由于有機(jī)改性黏土的催化作用，隨著時(shí)間的增加．PE—HD／黏土納米復(fù)合材料燃燒放熱比PE快，然后PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的燃燒放熱維持不變狀態(tài)從而增強(qiáng)阻燃性。   

    4結(jié)語(yǔ)     

    PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的插層或剝離結(jié)構(gòu)可改善材料的性能，結(jié)構(gòu)的不同也會(huì)造成力學(xué)性能、流變  性能、結(jié)晶性能、氣體滲透性能、熱性能和阻燃性能等的差別，這些性能的改善都與PE—HD／黏土納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，目前對(duì)其機(jī)理尚未*認(rèn)識(shí)，主要認(rèn)為是由于納米尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、相問(wèn)形態(tài)結(jié)構(gòu)及相互作用等所引起。
    PE—HD／黏土納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形態(tài)受到各種因素的影響，例如，黏土有機(jī)化處理、使用相容劑能改善材料的插層和剝離結(jié)構(gòu)；PE—HD基體對(duì)結(jié)構(gòu)影響比較復(fù)雜，一方面，隨著聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的增加，聚合物分子鏈的尺寸增加，分子鏈長(zhǎng)的聚合物更難進(jìn)入到黏土夾層問(wèn)，不利于得到插層和剝離結(jié)構(gòu)；另一方面，黏度隨相對(duì)分子質(zhì)量增加而增加，熔融加工過(guò)程巾可提高熔體的剪切力，有利于聚合物進(jìn)入堆疊的黏土層間使片層分離而達(dá)到剝離結(jié)構(gòu)；黏土含量過(guò)高不利于形成剝離結(jié)構(gòu)；另外，選擇合適設(shè)備、對(duì)螺桿進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可提高剪切效果，得到插層和剝離結(jié)構(gòu)的PE—HD／黏土納米復(fù)合材料。   
 
    PE—HD／黏土納米復(fù)合材料黏彈性的提高解決了聚烯烴熔體強(qiáng)度低的問(wèn)題，使其具有剛性、硬度、熱穩(wěn)定性和阻燃等特性，使PE—HD更好地應(yīng)用于綠色環(huán)保材料、汽車、航空等領(lǐng)域。PE—HD／黏土納米復(fù)合材料具有誘人的發(fā)展前景，可預(yù)見(jiàn)不久的將來(lái)，對(duì)其研究與應(yīng)用推廣將越來(lái)越受到關(guān)注。