本论文瞄准当前材料科学研究热点之一的聚合物基纳米复合材料,分三个体系作了深入的研究工作.这三个体系是:1)PET/SiO<,2>内米复合材料；2)PET/TiO<,2>纳米复合材料:3)PET/CaCO<,3>纳米复合材料.针对目前纳米复合材料制备过程中的关键问题(纳米粒子的表面处理、纳米粒子在聚合物中的分散、纳米粒子对聚合物各项性能的影响)进行了详细的研究.在实验数据的指导下,开发了多个商业前景良好的聚合物基纳米复合材料.主要的研究结果有: 1.PET/SiO<,2>纳米复合材料的制备及其性能研究纳米SiO<,2>在PET中的分散状况与其添加方式有着密切关系.经表面有机改性处理后的纳米SiO<,2>粒子在酯化反应前阶段与EG、PTA聚合单体混合,可实现小分子水平上的分散,经缩聚反应后SiO<,2>以真正的纳米级尺度均匀分散于PET基体中.研究了纳米SiO<,2>对PET合成过程中酯化及缩聚的影响.结果表明,纳米SiO<,2>的添加量对酯化时间没有明显的影响,但是对缩聚时间有较大的影响.随SiO<,2>添加量的增加,最终缩聚物的分子量不断下降,产物的流动性下降,而通过适当地延长缩聚反应时间可以获得特性粘度相同的PET/SiO<,2>纳米复合材料.研究了SiO<,2>含量对PET纳米复合材料力学性能的影响.当受到拉伸应力作用时,纳米SiO<,2>起到了均匀分布应力的作用,有效地分配、传递应力,减少了整体破坏,在一定的SiO<,2>含量范围内(O～2.0﹪),复合材料的拉伸强度显著提高. 由于SiO<,2>对PET基体分子链的束缚作用,使其变形能力减弱,断裂伸长率不断降低.纳米SiO<,2>的添加,并不影响材料的流动曲线类型,与空白PET一样,表现为假塑性流体行为.在所研究的SiO<,2>含量范围内,剪切频率对复数粘度的影响并非单调.当SiO<,2>含量低时,复合材料的复数粘度比空白PET显著提高,当进一步提高SiO<,2>含量,复数粘度开始下降.研究表明纳米SiO<,2>的添加明显地改善了PET的结晶性能.SiO<,2>粒子在PET基体中起到了异相成核的作用,熔融结晶峰温度、结晶度明显提高.纳米SiO<,2>粒子的存在大大地降低了PET基体结晶成核界面自由能位垒,促进了PET的结晶成核.研究也发现,不同表面活性的纳米SiO<,2>对PET结晶性能的影响有着很大的差异. 2.PET/SiO<,2>纳米复合纤维的制备及其性能研究纳米SiO<,2>对纤维拉伸强度、断裂伸长率、拉伸模量等参数的影响比较复杂.PET纤维的断裂伸长率随着SiO<,2>含量的增加而不断下降.PET纤维的拉伸模量并没有因为SiO<,2>而发生太大的变化,在纳米SiO<,2>加入后PET纤维模量仅仅在3.0﹪的范围内变化.而由于SiO<,2>与PET基体之间的作用力存在多种因素的均衡,纤维的拉伸强度则随着SiO<,2>含量先增加后降低. 当添加纳米SiO<,2>后,纳米SiO<,2>粒子限制了PET分子链的运动,导致在更高的温度下PET基体才会松弛,α-转变温度也会随之升高.相应的E′和E″较空白PET纤维也有不同程度的提高.与空白PET纤维相比,PET/SiO<,2>纳米复合纤维的碱减量特性发生了较大改变,其对碱减量的工艺参考更为敏感.在相同条件下,其纤度减量率和拉伸强度降低都较空白PET纤维要高.纳米SiO<,2>改性PET纤维经碱减量处理后,纤维表面形成了孔数更多、孔径尺寸分布更广、更复杂的超微细结构,明显不同于普通纤维碱减量时表面只出现大的而少的刻蚀凹痕.在常压分散染料染色条件下,随着SiO<,2>含量的增加,PET纤维的上染率明显提高.添加纳米SiO<,2>后可获得分子量较低、熔体粘度适合纺丝要求的熔体,解决了单纯靠降低PET分子量会导致熔体粘度降低而无法成纤问题.PET/SiO<,2>复合纤维表现出优异的抗起球性能. 3.PET/TiO<,2>纳米复合材料的制备及其性能研究对纳米TiO<,2>进行表面无机/有机修饰,实现了粒子TiO<,2>在PET基体中的纳米级均匀分散,且纳米TiO<,2>对于PET的缩聚反应表现出明显的催化作用,对降解反应的催化活性基本被抑制. 纳米TiO<,2>明显改变了PET的结晶性能.与纯PET相比,PET/TiO<,2>纳米复合材料的结晶峰温向高温方向移动.而且随着纳米 TiO<,2>加入量的增加,结晶峰的峰温不断上升,过冷度变小,而结晶度却变化不大.PET/TiO<,2>纳米复合材料薄膜具有优越的紫外吸收性能,在280～400nm 波段紫外线屏蔽率大于99﹪,经紫外光长时间辐照后仍能保持很好的外观形态,而普通PET薄膜经紫外光长时间辐照后,薄膜因老化而全部破损,薄膜表面出现排列规则的较深孔洞. 4.超薄电容器薄膜用PET/CaCO<,3>纳米复合材料的制备及其性能研究原位聚合制备的PET/CaCO<,3>纳米复合材料的理化指标完全符合要求,其中尤为重要的是关系到材料电性能的端羧基及二甘醇含量均较低.纳米CaCO<,3>在PET 中起到异相成核剂的作用,随着CaCO<,3>含量不断的增加,CaCO<,3>提供了异相成核生长点,克服了高的自由能位垒,结晶速度不断增加.当CaCO<,3>含量为800ppm时,结晶速度达到最大.此后,CaCO<,3>含量进一步增加时,由于大量的球晶在生长过程中相互接触从而限制结晶,引起结晶速度下降. PET/CaCO<,3>复合薄膜的电气强度、体积电阻、介电损耗因子等电学性能符合薄型电容器薄膜的要求.纳米CaCO<,3>的添加明显后降低了薄膜的摩擦系数,改善了薄膜的收卷性能,摩擦系数符合企业要求(静、动摩擦系数均小于0.5),可以满足生产对薄膜滑动特性的要求.