熱致液晶聚酰胺-尼龍66原位復合材料研究.pdf

1、商品化熱致液晶聚合物(TLCP)主要為聚酯或聚酯酰胺類，與尼龍66(PA66)完全不相容，改善TLCP與PA66的相容性是近年來原位復合材料領域中的一個重要課題，目前主要采用添加第三組分(相容劑)的方法改善相容性，結果使原位復合工藝增加了難度，成本較高。 本研究設想改變目前添加相容劑的三元共混思路，依據(jù)共混體系中化學結構越相似相容性越好的原則，開展二元共混研究。通過分子結構設計，設計合成出與PA66分子結構相似的熱致液晶聚酰胺(

2、TLCPa)。由于二者分子中都含有酰胺鍵可以形成兩相分子間氫鍵，因此二元體系的相容性可以得到改善。研究 TLCPa/PA66兩相共混復合材料，為PA66二元原位復合的新途徑提供理論依據(jù)。 本文以液晶高分子的分子工程學為指導，通過分子結構設計合成了含柔性基團的主鏈型熱致液晶聚酰胺(TLCPa)，并采用FTIR、DSC、WAXD和POM等手段對共聚酰胺結構進行了表征，具有非結晶性、熔點低(Tm=221℃)和液晶顯示溫度區(qū)間寬(ΔT=

3、139℃)的特點，以此作為原位復合材料的分散相。采用共溶劑法制備了TLCPa/PA66共混物，用FTIR、DSC、WAXD、POM和SEM等方法對復合材料的相容性進行了綜合研究。FTIR結果證實了TLCPa與PA66分子間氫鍵作用的存在，并且參與形成氫鍵作用官能團的比例隨液晶含量的增加而增加。PA66的晶面間距隨液晶聚酰胺含量增加而增加，說明液晶加入了PA66的結晶過程。不同組成共混物中PA66的熔點、結晶溫度和結晶度均發(fā)生明顯下降，當

4、液晶含量達到50％時，共混物出現(xiàn)超分子液晶態(tài)，共混體系具有明顯的相容特征。共混物相行為分析顯示，由于分子間相互作用而使分散相分布均勻，沒有出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，實現(xiàn)了二元相容共混。 成功得到了TLCPa/PA66兩相原位復合材料，研究了TLCPa/PA66原位復合材料的成纖機理。流變研究證實，TLCPa與PA66的粘度比小于1，有利于TLCPa在基體中成纖。剪切場的強度影響分子間氫鍵作用的形成，隨著剪切率的提高，分子間氫鍵作用增強，提

5、高剪切率有利于形成分子間氫鍵作用。根據(jù)形貌分析，10％TLCPa共混物在較高的剪切場強度下有利于TLCPa形成微纖。另外，TLCPa含量對微纖的形成也有明顯影響，在較高剪切場強度下，隨TLCPa含量變化，共混物形貌也發(fā)生變化。TLCPa含量過低和過高均不利于其在基體中形成微纖。在強剪切場下，10％和20％TLCPa情況具有較強的成纖能力。在單純剪切流場條件下，TLPa分散相在PA66基體中能夠變形為微纖結構，主要由于分子間的氫鍵作用有效

6、的把粘性力傳遞給分散相，降低了兩相的界面張力，因此TLPa具有較強的成纖能力。由共混物形貌隨剪切率和TLCPa含量變化趨勢，可通過控制加工條件來實現(xiàn)TLCPa分散相微纖化。隨著TLCPa含量變化，可以通過改變剪切率來調節(jié)分子間氫鍵的形成數(shù)量，使其有利于微纖的形成。 利用DSC、POM和WAXD等手段研究了TLCPa/PA66共混體系的結晶動力學。對于熔融態(tài)等溫結晶過程，相同結晶溫度下共混物的t<,1/2>都比純PA66大。隨TL

7、CPa含量增加，Avrami方程指數(shù)n明顯降低，分子間氫鍵對PA66結晶過程存在延遲和抑制作用。POM和WAXD研究結果證實，由于TLCPa鏈段加入了PA66晶胞，導致等溫結晶共混物球晶尺寸明顯大于PA66，并且隨TLCPa．含量增加PA66的球晶生長變得越來越不完善。用Ozawa公式處理了非等溫動力學數(shù)據(jù)。TLCPa/PA66共混物的Ozawa指數(shù)與PA66相比明顯降低，共混物體系有著不同的成核和晶體生長機理。在熔融態(tài)等溫和非等溫結晶

8、過程中，所有組成共混物的結晶活化能都比純PA66高，說明添加了棒狀鏈結構的TLCPa組分抑制了體系的成核作用。 共混物的力學性能明顯受到形貌和相容性的影響。共混物的拉伸強度和模量隨TLCPa含量增加，出現(xiàn)先升高后下降的趨勢。擠出剪切過程有利于分子間氫鍵的形成，而分子間氫鍵又利于TLCPa相形成均勻分布的微纖，因而先擠出后注塑共混物B(Ⅰ)的力學性能明顯優(yōu)于直接注塑共混物B(Ⅱ)。共混物B(Ⅰ)的拉伸強度最高提高了79.6％，拉伸