聚合物/无机纳米复合材料是通用聚合物材料高性能化、功能化的重要途径,是聚合物科学与工程界十分关注的前沿课题。在材料制备工艺中,低温球磨是一种新型材料制备技术。但是由于低温球磨设备(能连续在低温下工作的球磨机)的限制,到目前为止低温球磨聚合物及其复合材料的研究开展十分有限,对聚合物低温球磨的工艺-结构-性能之间的内在关联尚缺乏深入研究,为此,本研究在自行研制可低温(液氮温度)连续运行的低温球磨机的基础上,开展低温球磨对聚合物/无机纳米复合材料的组织结构及性能关系之间影响规律的基础研究。　　 本研究选用具有代表性的聚合物聚酯(PET)和聚苯胺(PANI)作为基体,然后分别添加SiO2和Fe颗粒,采用低温球磨方法制备了PET/SiO2、PANI/Fe纳米复合材料；并利用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、激光粒度分析仪、傅立叶红外光谱以及紫外光谱等方法系统地研究了低温球磨过程中,单一聚合物、聚合物与金属、陶瓷混合粉末的组织结构变化,颗粒细化,分散及混合规律；采用差热分析、热失重分析等研究了低温球磨PET、PET/SiO2纳米复合材料的热行为；用四探针法电阻仪和振动样品磁强计研究了低温球磨PANI、PANI/Fe纳米复合材料的电磁性能；揭示了低温球磨聚合物材料的微观组织结构与性能之间的关系。主要研究结果如下:　　 低温球磨对PET/SiO2、PANI/Fe复合组织具有显著的细化、均匀化和复合化作用,它所达到的均匀分散程度(单一初级纳米颗粒的均匀分散)是传统的机械共混技术所难以达到的,并且低温球磨制备的PET/SiO2纳米复合粉末作为母料添加到PET基体中,利用哈克共混技术加工后,SiO2纳米颗粒依然保持均匀分散,也即低温球磨从根本上解决了纳米无机颗粒在聚合物基体中难以均匀分散的问题,研究结果表明低温球磨技术是制备聚合物/无机纳米复合材料的有效手段。　　 低温球磨利用PET材料的低温脆化,可显著提高材料的细化效率。低温球磨10h,PET颗粒由原始的303μm减小到9μm,而常温球磨10h仅使PET的颗粒尺寸减小到23μm。另外由于低温和常温球磨中PET不同的脆韧特性,球磨中晶态PET转变为不同的非晶结构:低温球磨中PET转变为常规非晶结构,而常温球磨中PET转变为绕分子链轴旋转的定向非晶结构。　　 低温球磨得到的非晶PET的热行为不同于热处理淬火得到的非晶PET的热行为,淬火非晶的晶化表现为明显的集中放热,而球磨非晶的晶化则表现为缓慢的持续放热,球磨非晶PET的热稳定性高于淬火非晶PET的热稳定性,这主要是由于球磨PET储存了大量机械能所致。低温球磨中由于纳米SiO2在PET基体中的均匀分散,所以在PET/SiO2纳米复合材料的热处理中,SiO2起到了显著的异相形核作用,从而提高了基体的热结晶性能,并且球磨后重熔PET/SiO2样品的热稳定性也大大提高。球磨制备的.PET/SiO2纳米复合粉末(SiO2的含量为16.7wt％)做为母料添加到基体PET中,由于纳米SiO2颗粒的均匀分散,只需2wt％的SiO2就可极大地提高基体的晶化能力。　　 低温球磨可显著提高导电态PANI的导电性能,球磨2h,电导率升高到初始导电PANI粉末的8倍,PANI导电性提高的机理在于:低温球磨促使了PANI分子链的定向；低温球磨提高了PANI分子链中电荷的离域程度；原来吸附在PANI分子表面的掺杂酸在球磨过程中进一步掺杂到PANI中。随球磨时间延长(大于2h),PANI的电导率降低,主要因为是进一步的球磨导致了定向PANI的破坏以及PANI的部分脱掺杂。　　 低温球磨本征态PANI和有机大分子质子酸(樟脑磺酸)促使了本征态PANI的固态质子化(固态掺杂),球磨2h时,电导率达到最高值40 Scm-1,在随后的球磨过程中(2～4h),电导率逐渐降低,但是仍大于30 Scm-1。低温球磨质子化PANI得到较高电导率的机理为:低温球磨引发了较高的质子化程度和球磨引发了PANI分子链的定向。　　 低温球磨PANI/Fe复合体系,球磨20h使PANI/Fe复合材料的矫顽力由初始的36 Oe增加到206 Oe；球磨10h使PANI/nmFe复合材料的矫顽力由初始的326Oe提高到436 Oe。PANI/Fe复合材料的矫顽力随着球磨时间而增加,主要原因是Fe晶粒尺寸的减小和在PANI基体中的均匀分散,单一相畴的Fe晶粒数量的增加所致。不论是PANI/Fe还是PANI/nmFe复合材料,它们都是球磨2h时的导电性最高,分别达到初始混合粉末电导率的4倍和2.3倍,而后都是随着球磨时间的延长,PANI基体中掺杂酸发生脱掺杂,导电性逐渐降低。