尼龍6-彈性體-蒙脫土三元復(fù)合材料的制備及結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、本論文以PA6樹脂為基體、EPDM和EPDM-g-MAH為彈性體以及納米蒙脫土為填料，通過熔融插層法制備了PA6/彈性體/蒙脫土三元納米復(fù)合材料。對(duì)蒙脫土和EPDM-g-MAH/EPDM兩種改性劑協(xié)同增強(qiáng)增韌尼龍6復(fù)合材料體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，圍繞高性能和理論研究做了較為深入的探索和分析，為高性能尼龍復(fù)合材料的開發(fā)和應(yīng)用做了理論鋪墊，除了對(duì)其結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行研究外，還對(duì)其流變行為、熔融和結(jié)晶行為進(jìn)行了研究。主要研

2、究內(nèi)容如下：
　　1.以EPDM-g-MAH/EPDM、納米蒙脫土和PA6樹脂為主要原料，制備了PA6/彈性體/蒙脫土三元納米復(fù)合材料：用廣角X射線衍射儀(WAXD)和掃描電鏡(SEM)對(duì)PA6及PA6/彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，當(dāng)蒙脫土含量為2％時(shí)，PA6分子插層到蒙脫土片層中，當(dāng)蒙脫土含量為5%時(shí)，得到了剝離型的納米復(fù)合材料；
　　對(duì)其微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，結(jié)果表明：在蒙脫土含量少的時(shí)候，對(duì)彈性體粒徑的影

3、響不大，彈性體粒徑較小，當(dāng)蒙脫土含量超過5%，蒙脫土片層進(jìn)入彈性體，形成核殼結(jié)構(gòu)，增加了彈性體的模量和粒徑，從而使沖擊韌性降低。隨著彈性體含量的增加，分散相粒子先減小，當(dāng)彈性體含量為20%時(shí)達(dá)到最小，而當(dāng)彈性體含量為25%時(shí)，分散相粒徑增大。復(fù)合材料發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變的臨界基體層厚度為0.22μm。
　　通過各項(xiàng)力學(xué)性能測試，研究發(fā)現(xiàn)：隨著彈性體含量的增加，PA6/彈性體/蒙脫土復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度先增加后減少，彈性體含量為20%時(shí)，復(fù)合材

4、料沖擊強(qiáng)度為54.29KJ/m2，是尼龍6/蒙脫土沖擊強(qiáng)度5.29KJ/m2的10.24倍。隨彈性體含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度逐漸降低，而復(fù)合材料斷裂伸長率卻隨彈性體含量的增加先增大后減小，在彈性體含量為20%出現(xiàn)最大值；隨著蒙脫土含量的增加，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)MMT含量為2%時(shí)，材料的沖擊強(qiáng)度為54.29KJ/m2，是純尼龍6沖擊強(qiáng)度4.15KJ/m2的12.08倍。隨OMMT含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)

5、度，彎曲強(qiáng)度和彎曲模量均隨之增大。斷裂伸長率隨著OMMT含量的增加先增大后減小，在OMMT含量為2%時(shí)出現(xiàn)了最大值。
　　2. PA6/彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料流變行為的研究：
　　研究發(fā)現(xiàn)PA6及PA6/彈性體/蒙脫土三元納米復(fù)合材料均為假塑性流體，表現(xiàn)為切力變稀現(xiàn)象，且非牛頓指數(shù)隨蒙脫土含量的增加而減??；在同一剪切速率下，PA6/彈性體/蒙脫土三元納米復(fù)合材料熔體黏度隨蒙脫土含量的增加先增大后減小，并且轉(zhuǎn)折點(diǎn)隨著溫度的

6、升高而前移。在同一剪切速率下，隨著彈性體含量增加，其表觀黏度依次增加，但當(dāng)彈性體含量超過20%時(shí)，表觀粘度卻大大降低。EPDM的加入限制了蒙脫土內(nèi)增塑作用的發(fā)揮。
　　針對(duì)有機(jī)化層狀硅酸鹽礦物含量對(duì)高聚物/層狀硅酸鹽復(fù)合材料熔體粘度的影響，首次提出“層狀海綿—蠶絲堆疊”模型。蒙脫土片層優(yōu)先分布在無規(guī)纏繞態(tài)（海綿）的大分子鏈之間，能起到限制解纏的作用；當(dāng)蒙脫土含量多到一定程度，把無規(guī)纏繞態(tài)的大分子鏈之間空隙（海綿）填滿之后，蒙脫土片

7、層才會(huì)分布在解纏取向的大分子鏈（蠶絲）之間，削弱了大分子鏈間的相互纏繞，大分子鏈與蒙脫土片層之間滑移，起內(nèi)增塑作用。剪切應(yīng)力越大，溫度越高，解纏取向態(tài)（蠶絲）越多，無規(guī)纏繞態(tài)（海綿）越少。
　　3.對(duì)PA6及PA6/彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料的熔融和結(jié)晶行為的研究：
　　研究表明，納米蒙脫土在復(fù)合材料中起到了異相成核的作用，同時(shí)發(fā)現(xiàn)納米蒙脫土的加入使PA6基體的晶型由γ晶型變成α晶型。采用經(jīng)典結(jié)晶動(dòng)力學(xué)理論對(duì)PA6及PA6/

8、彈性體/蒙脫土三元納米復(fù)合材料的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：Avrami方程能很好的描述PA6及PA6/彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料的等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)過程。Ozawa方程以及經(jīng)過Jeziorny修正過的Avrami方程并不適合描述PA6及納米復(fù)合材料的非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)過程，而Mo法能適合其非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)過程的研究。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，擬合得到了PA6及其納米復(fù)合材料的各項(xiàng)結(jié)晶動(dòng)力學(xué)參數(shù)。同時(shí)還利用Hoffmann-Lauritzen理論求