熔融共混制備聚甲醛基納米復(fù)合材料及其性能研究.pdf

1、隨著納米技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,納米粒子借助其獨(dú)特的性能取代微米粒子制備聚合物基納米復(fù)合材料得到人們的廣泛關(guān)注。分散相納米粒子與聚合物基體的相互作用對(duì)改性效果有直接影響。本文分別選用不同表面官能團(tuán)的納米SiO2、TiO2納米管以及TiO2納米纖維作為改性體,通過(guò)熔融共混法制備出聚甲醛(POM)基納米復(fù)合材料,分析不同形貌納米改性體對(duì)POM基體力學(xué)性能、熱性能的影響;同時(shí)研究了不同表面官能團(tuán)的納米SiO2對(duì)POM基體結(jié)晶行為的影響;并考察了Ti

2、O2納米管和TiO2納米纖維對(duì)POM阻燃性能的影響。結(jié)果表明,納米改性體表面的不同的官能團(tuán)和納米改性體的形貌對(duì)POM的性能有顯著的影響。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　1、用表面具有不同官能團(tuán)的納米SiO2和TiO2納米管作為改性體改性POM,通過(guò)TEM研究分散相的分布狀態(tài),發(fā)現(xiàn)可分散性納米SiO2(DNS)表面因含有甲基,在其含量為1wt％時(shí)仍能夠在POM基體中分散均勻;而可反應(yīng)性納米SiO2(RNS)表面含有活

3、性較大的氨基,在稍高含量(1.0wt%)時(shí)就會(huì)在POM中發(fā)生團(tuán)聚;未修飾的二氧化鈦納米管(TNTs-U)因比表面積大且表面裸露大量羥基在復(fù)合材料加工成型的過(guò)程中很容易發(fā)生羥基之間的縮合,在較低含量(0.5wt%)時(shí)團(tuán)聚現(xiàn)象就很明顯;經(jīng)偶聯(lián)劑修飾的二氧化鈦納米管(TNTs-M)表面羥基與修飾劑化學(xué)鍵合,羥基數(shù)量有所減少,在0.5wt%仍發(fā)生團(tuán)聚,但較TNTs-U團(tuán)聚現(xiàn)象有所改善。
　　2、對(duì)聚甲醛基納米復(fù)合材料力學(xué)性能測(cè)試,結(jié)果表明

4、DNS和RNS的加入均能提高POM的強(qiáng)度,但是 DNS和RNS只在低含量時(shí)能夠增韌POM,在DNS含量0.5wt%時(shí),韌性提高15%;RNS含量為0.3wt%時(shí),韌性提高16%;隨著DNS和RNS的增加,復(fù)合材料的沖擊韌性降低,同時(shí)由于RNS團(tuán)聚比DNS嚴(yán)重,POM/RNS復(fù)合材料的力學(xué)性能隨著 RNS含量的增加下降更為嚴(yán)重。TNTs-U因在POM基體中團(tuán)聚嚴(yán)重造成POM力學(xué)性能大幅下降;低含量的TNTs-M有利于POM的拉伸強(qiáng)度和彈性

5、模量低幅度的提高,但是TNTs-M的加入降低了POM的沖擊韌性。修飾后的TiO2納米纖維(TNF-M)對(duì)POM的力學(xué)性能的提高明顯優(yōu)于未改性的TiO2納米纖維(TNF-U),TNF-U和TNF-M的加入均對(duì)POM的沖擊韌性提高明顯,當(dāng)TNF-M的含量為0.1wt%時(shí),沖擊韌性提高23%,而TNF-U含量為0.3wt%時(shí)對(duì)沖擊韌性的提高達(dá)11%。
　　3、采用XRD、PLM、DSC檢測(cè)手段,分析了DNS和RNS對(duì)POM基體結(jié)晶的影響

6、,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DNS和RNS的加入沒(méi)有改變POM的晶型,并且DNS和RNS在POM中均能起到異相成核作用,使晶粒得到細(xì)化,提高了起始結(jié)晶溫度和結(jié)晶峰溫度。同時(shí)DNS和RNS會(huì)與POM分子鏈發(fā)生相互作用,降低了分子鏈向晶核移動(dòng)的速率,使得復(fù)合材料的半結(jié)晶時(shí)間t1/2增加。由于 DNS在POM中分散良好,POM/DNS復(fù)合材料的結(jié)晶峰溫度和t1/2變化不大;而在POM/RNS復(fù)合材料中,隨著RNS含量的增加,其團(tuán)聚現(xiàn)象會(huì)加劇,RNS與POM

7、的相互作用會(huì)隨著團(tuán)聚的出現(xiàn)而降低,因此POM/RNS復(fù)合材料的結(jié)晶峰溫度和t1/2隨著RNS的含量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。
　　4、采用TG手段對(duì)POM基納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)納米粒子表面官能團(tuán)對(duì)POM熱穩(wěn)定性有很大影響。RNS能顯著提高POM的熱穩(wěn)定性,在RNS含量為1.0wt%時(shí)起始結(jié)晶溫度提高了27℃,主要是因?yàn)镽NS表面含有氨基,能夠吸收POM在分解過(guò)程中產(chǎn)生的甲醛,并且能夠中和甲醛被氧化后形成的甲酸;

8、但是DNS表面含有的甲基對(duì)甲醛和甲酸沒(méi)有吸收作用,因而 NS對(duì)POM的熱穩(wěn)定性幾乎沒(méi)有影響。在相同含量下TNTs-M對(duì)POM的熱穩(wěn)定效果要優(yōu)于TNTs-U。TNTs-U和TNTs-M因比表面積大,且孔容量較大,能夠吸附 POM分解產(chǎn)生的甲醛,進(jìn)而起到提高熱分解溫度的作用,并且能夠降低POM的分解速率;但是過(guò)多的TNTs會(huì)發(fā)生脫水縮合,引起POM在低溫下開始分解,反而降低了POM的熱穩(wěn)定性。因TNTs-M表面羥基數(shù)量少而且有氨基的存在,其

9、含量在2.0wt%時(shí)會(huì)引起POM起始分解溫度的降低,但是TNTs-U在1.0wt%時(shí)則會(huì)引起POM的起始分解溫度下降。而TNF由于不能吸收甲醛,因此低含量的TNF對(duì)POM的熱穩(wěn)定提高很不明顯,而且高含量的TNF也會(huì)發(fā)生脫水縮合,因此降低POM的力學(xué)性能。
　　5、采用氧指數(shù)儀對(duì)TNTs和TNF對(duì)POM的阻燃性能進(jìn)行分析,結(jié)果表明TNTs和TNF的加入對(duì)POM的氧指數(shù)沒(méi)有明顯的變化,但是二者均能夠降低POM的熔融低落現(xiàn)象,并且有成碳