聚合物基无机纳米复合材料是现代材料学研究的重点课题之一,其开发和应用具有重要意义。针对当前国内纤用聚酯生产能力过剩,聚对苯二甲酸乙二酯(PET)工程塑料生产能力低的现状,本文选用新型无机功能填料—纳米重晶石(barite),采用熔融共混的方法制备了PET/Barite纳米复合材料。系统地研究了纳米barite对PET结晶性能、动态力学性能和力学性能等的影响,以及马来酸酐接枝乙烯—辛烯共聚物(POE-g-MA)、乙烯—丙烯酸甲酯—甲基丙烯酸缩水甘油酯(E-EA-GMA)和微胶囊化红磷(MRP)的加入对PET/Barite纳米复合材料性能的影响,并对改性机理进行了探讨,以指导高性能PET工程塑料的制备。主要内容和研究结果如下：1.研究了纳米barite表面性质和含量对PET结晶性能、动态力学性能和力学性能等的影响。结果表明,纳米barite在PET结晶过程中起到了明显的异相成核作用,加快了结晶速率。在等量添加下,硬脂酸改性纳米重晶石(SABarite)比未改性纳米重晶石(UNBarite)具有更高的成核活性,PET结晶速率提高更快。WAXD分析表明,PET大分子链与SABarite纳米粒子之间的强界面作用导致晶面发生择优取向,倾向于生成PET的典型晶面衍射峰。无机纳米粒子自身的高刚性,并且加入的纳米barite与PET基体之间形成了一种刚性的界面层,提高了PET的储能模量E’和玻璃化转变温度Tg。SABarite纳米粒子表面的长烷基链与PET分子之间发生物理缠结,限制了PET分子链段的运动,随着SABarite含量的增加,PET的E’和Tg升高。纳米粒子的高异相成核活性,使纳米复合材料中非晶区的分子链具有更大的活性,导致相同含量下,PET/SABarite纳米复合材料的E’和Tg值比PET/UNBarite纳米复合材料要低。纳米barite促进PET结晶,从而对基体产生明显的增强作用。热变形温度的研究表明,纳米barite提高了纳米复合材料的热稳定性。SABarite纳米粒子表面包覆的有机小分子降低了纳米复合材料的热稳定性,但仍高于纯PET。2.研究了纯PET和PET/Barite纳米复合材料的等温结晶过程特征。结果表明等温结晶过程中,纯PET的二次结晶现象严重,加入纳米barite能减少PET的二次结晶,提高晶体的完善程度。纯PET的Avrami指数n大都大于4。纳米复合材料的n值在2～4之间,晶体以三维方式生长,伴随着从瞬时成核到散现成核的成核机理转变。加入两种无机纳米粒子均能降低成核能垒,从而降低等温结晶活化能ΔEa,其中又以SABarite效果更显著。3.研究了纯PET和PET/Barite纳米复合材料的非等温结晶过程,并用Jeziorny、Ozawa和Mo方法进行动力学分析。结果表明,Mo法能很好地分析纯PET和PET/Barite纳米复合材料的非等温结晶过程。动力学数据表明,加入纳米barite提高了PET的结晶速率,其中以SABarite纳米粒子促进结晶的效果更明显。引入纳米UNBarite,晶核的生成加快,PET结晶更易进行,非等温结晶活化能ΔE低于纯PET;而SABarite纳米粒子和PET分子链间的强界面作用,使链段重排受限,减慢了晶体的生长过程,导致纳米复合材料的ΔE大于纯PET,并且ΔE随着SABarite含量的增加而增加,但其成核作用仍占主导地位。4.研究了两种官能团化聚烯烃弹性体POE-g-MA和E-EA-GMA对PET/SABarite纳米复合材料进行增韧改性。结果表明在不同弹性体含量时,三元复合材料都发生脆韧转变,增韧效果显著。等量添加下,E-EA-GMA的增韧效果明显好于POE-g-MA。DSC分析表明,弹性体的加入,严重阻碍了PET分子链段的运动,减慢PET/SABarite结晶速率,降低PET晶体的完善程度。5.研究了纳米SABarite与MRP的复配阻燃PET。结果表明,MRP与较高含量的纳米SABarite之间有较好的协同阻燃效应；当PET/MRP/SABarite质量比为100/5/10时,复合材料的氧指数为32.7%,垂直燃烧可达UL94V-0级,此时复合材料力学性能较好,熔滴现象得到缓解。热重分析表明纳米粒子的存在提高了PET的热稳定性和促进成炭。将研究结果应用于高性能PET工程塑料制备,并与美国杜邦公司同类产品进行比较分析。结果表明,各项性能基本相当,完全可以替代。