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从材料发展方向上看，实现通用塑料高性能化和工程化是高分子科学发展的重要方向，也是塑料行业技术发展进步的驱动力。聚氯乙烯(PVC)是五大通用热塑性树脂之一。PVC及其衍生塑料氯化聚氯乙烯(CPVC)普遍具有阻燃性能优良、耐腐蚀、耐磨损、摩擦系数小、导热率低、密封性能好、防尘、隔音、抗震和耐候等优点。正是由于PVC类塑料这些优良的性能，使其在建材、包装材料、电子材料、日用消费品等多个领域广泛运用。虽然其优点使材料本身有着很广泛的应用范围，但也具有突出的缺陷，如热稳定性差、燃烧烟密度大、硬质PVC呈脆性、耐热性差、增塑作用不稳定以及加工温度和热稳定性之间的矛盾，这使得PVC的使用范围和空间受到极大的限制。纳米复合技术在某种程度上可以有效解决聚合物面临的很多问题，而且能够大幅提高聚合物的诸多性能。对PVC进行增强增韧、提高其热稳定性和抑制其烟密度，是进一步拓宽其应用范围的关键，也是实现PVC高性能化的主要手段。 本论文通过物理共混或者化学改性的方法使得纳米粒子能够均匀地分散在PVC或CPVC基体中，其中包括纳米粒子表面改性、聚合物长链支化、双组份纳米粒子分散法以及溶液静电纺丝分散法制备了四个系列的聚氯乙烯纳米复合材料，并系统研究了复合材料微观结构、制备方法及其机械性能、导电性、流变和发泡性能、阻燃抑烟、电磁屏蔽性能以及碳化后的催化性能。具体研究内容如下: 1、以正丁基锂为PVC和石墨烯的共价接枝引发剂，利用一锅法成功制备了PVC/石墨烯纳米复合材料，采用FTIR、XPS、TGA、TEM和ICP-OES对接枝反应进行了证明和分析。拉曼光谱测试表明在石墨烯表面改性前后，其结构完整程度并未降低。相比未添加丁基锂的PVC/石墨烯，这种改性方法使石墨烯能够均匀的分散在PVC基体中。研究发现，由于PVC/石墨烯纳米复合材料界面强度的提高以及分散性的改善，在基体拉伸破坏的过程中石墨烯由无规的排列变为平行于拉伸方向的排布，从而使材料的强度和变形能力明显提高。在PVC基体中只添加少量的石墨烯，机械性能和导电性便得到大幅度提升。上述结果说明合理的控制分散状态和界面作用以及保持石墨烯的结构完整性是制备高性能复合材料的关键。 2、以PVC中的不稳定氯为引发点，通过ATRP的方法合成了一系列的PVC-g-PS（PS:聚苯乙烯）接枝共聚物。一方面系统研究了PS支链对于PVC剪切和拉伸流变性能以及发泡行为的作用。相比纯PVC，PS支链的引入提高了低频下的剪切黏度和储能模量，表现出更明显的剪切变稀行为，而且在拉伸流变中出现了应变硬化现象。在相同的发泡条件下，线性PVC出现严重的泡孔聚并，而大多数PVC-g-PS泡沫呈现出闭孔结构，并具有更大的泡孔密度及更均匀的泡孔尺寸分布。另一方面，研究了PS支链对于PVC-g-PS/石墨烯复合物微观结构和熔体性能的影响。由于石墨烯和PS之间的π-π作用，与不存在PS支链的样品相比，石墨烯在PVC-g-PS基体中的分散更均匀，使得石墨烯的成核作用增强，同时材料的熔体强度也进一步增加，最终显著改善了PVC的发泡性能。 3、利用石墨烯和四氧化三铁(Fe3O4)相结合来改性PVC，实现PVC阻燃和抑烟性能的同时提高。研究发现，Fe3O4的加入促进了石墨烯在PVC基体中分散，提高了聚合物的机械性能。锥形量热测试、TGA测试和残炭的表征结果表明，阻燃性能的提高一方面归结于石墨烯均匀的分散，另一方面归结于Fe3O4对聚合物成炭的催化作用。同时，这种PVC纳米复合材料还具备导电性和磁性，具体体现在X波段频率范围内(8-12GHz)表现出良好的电磁屏蔽效率。 4、以Fe3O4纳米粒子为催化剂，通过CPVC在高温下催化成碳制备了表面带有Fe3O4八面晶体的碳纤维。系统地研究了Fe3O4含量对碳纤维形貌的影响:在没有Fe3O4的情况下，碳化产物为不规则的碳块;加入一定量的Fe3O4后，碳化产物变成带有规则尺寸和形状的碳纤维。这种碳纤维可以直接作为芬顿催化剂来催化刚果红染料的降解，无论在紫外光还是可见光下都表现出良好的催化效率，在污水处理方面有着潜在的应用价值。这种在碳化反应过程中复制原料形状的方法提供了一种制备各种形状（球、纤维、泡沫等）碳材料的新思路。