美国著名的增长咨询公司弗若斯特沙利文近日发布了全球聚合物纳米复合材料市场报告，认为纳米复合材料是本世纪最有前景的材料。虽然这种材料诞生至今仅仅20多年，商业化用途尚处于发展初期，但正在实现经济和技术上的重要突破。

 

    在塑料母料中加入纳米粒子可以优化其物理性能、导电及导热性能。目前主要有三种纳米粒子用于合成聚合物纳米复合材料，分别为：纳米黏土、碳纳米管和碳纳米纤维。

 

　  纳米黏土复合材料

 

    聚合物纳米黏土复合材料是指用聚合物作为基体，黏土作为分散相，利用插层聚合、熔融插层等特殊工艺方法制备的纳米复合材料，所用的黏土主要为天然蒙脱土。纳米黏土一般用于通用树脂改性。

 

    弗若斯特沙利文公司在报告中称，2006年全球纳米黏土复合材料的销售额约为2.3亿美元，产量为3.14万吨。预计2013年市场规模将达到15.3万吨，年均增长率为25.3％。这种材料最大的两个应用市场是汽车和包装行业。2006年纳米黏土复合材料约35％用在汽车行业，约38％用在包装行业。

 

    在汽车行业，纳米复合材料适用的部件包括仪器仪表板、摇杆套、装饰件、格栅、车盖气窗、仪器控制台、座位上的泡沫材料、轴套、垂直和水平支柱、档板、引擎盖、风扇罩等。汽车油缸将成为未来纳米黏土复合材料应用的新领域。塑料由于其轻质、价格低及设计灵活的特性替代了金属材料用于汽车的油缸。在欧洲，几乎90％左右的轻型汽车的油缸都是由塑料做的；在美国，这个比例约为77％；日本这个比例较低，仅为26％。无论是出于供应商的考虑还是用户的需求，减少燃料泄漏是设计宗旨，而加入这种材料可以增强其阻隔性能并防止燃油泄漏。

 

    包装行业也逐渐应用上了纳米黏土复合材料，因为它可以提高包装的气体阻隔性能。目前在包装行业使用的纳米黏土复合材料主要以尼龙作为聚合物基体。欧洲每年用于软包装的尼龙约为15万吨，估计用于改性的纳米黏土的用量约为7000吨。此外，欧洲市场每年EVOH（乙烯－乙烯醇共聚物，一种高阻隔性能包装材料）的消耗量约为3万吨，这种材料也有望被纳米黏土复合材料所替代。主要的纳米黏土复合材料生产商有巴斯夫、拜耳以及三菱瓦斯化学株式会社。

 

    碳纳米管复合材料

 

    碳纳米管及其他纳米微粒由于具有良好的导电性、导热性、结构强度和硬度及热稳定性，其商业应用领域更为宽泛，但由于价格昂贵只能小批量生产。2006年，全球仅生产了1250吨碳纳米管复合材料，预计2013年的产量将达到7722吨，年均增长率达29.7％。

 

     全球约80％的碳纳米管复合材料用在静电消散（ESD）材料，而70％以上的ESD材料是用在汽车领域的。另外，ESD材料也可用于电子行业。预计未来电子行业的应用将占有更大的市场份额。

 

    这种复合材料是碳纳米管主要的用途，许多碳纳米管复合材料的生产商自己生产碳纳米管。目前美国的海波龙催化剂公司是全球最大的碳纳米管复合材料生产商。

 

    碳纳米纤维复合材料

 

    碳纳米纤维与碳纳米管在技术上没有大的区别，只是在直径上有所不同。2006年碳纳米纤维复合材料的产量为333吨，预计2013年产量将达到1000吨，年均增长率为21.7％。抗静电是碳纳米纤维复合材料的主要用途，它常用于汽车车门和保险杠上的静电喷涂。

 

    面临三大挑战

 

    近年来，全球纳米复合材料市场发展迅速，在一些领域获得广泛应用。但在高速发展的同时，这种材料还面临三大挑战。

 

    一是技术产业化问题。纳米材料属于高科技产品，技术研发都是在大学或者研究所的实验室中进行的。这些专利技术商业化的程度和速度是影响市场发展的重要因素，因为从实验室的技术到实现规模生产还需要解决许多技术上的问题，如剥离、纯度和分散。

 

    二是资本投资问题。技术和创新是聚合物纳米复合材料市场的主要竞争优势，谨慎的投资策略才可能造就成功。投资者在技术研发阶段要有足够的耐心才能在竞争中领跑。此外，目前纳米复合材料的需求并不大，盲目的投资扩产会导致供大于求的局面。

 

    三是技术挑战问题。不同的纳米复合材料面临不同的技术挑战，如纳米黏土如何最优实现黏土剥离，碳纳米管的分离问题等。另外，实现包装的高阻隔效果也是技术的关键。只有突破这些难点，才能扩大纳米复合材料的市场潜力。