納米蒙脫土填充尼龍11共混復(fù)合體系強韌化研究.pdf

1、聚合物復(fù)合材料的制備是實現(xiàn)高性能聚合物材料的重要途徑之一，本論文采用POE-g-MAH/POE和納米蒙脫土為尼龍11的增韌增強改性劑，對蒙脫土和POE-g-MAH/POE兩種改性劑分別和協(xié)同增強增韌尼龍11復(fù)合材料體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進行了系統(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，首次采用基本斷裂功的方法表征了尼龍11/蒙脫土二元復(fù)合材料和尼龍11/POE-g-MAH/蒙脫土三元復(fù)合材料的韌性，為評價聚合物材料的斷

2、裂行為提供了更多的數(shù)據(jù)，同時該方法也指出了分別提高材料的基本斷裂功和塑性形變功來實現(xiàn)增韌的途徑，探討了尼龍11/POE-g-MAH/蒙脫土三元納米復(fù)合材料增韌的機理，得到了復(fù)合材料發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變的臨界粒間距的大小和材料實現(xiàn)增韌的彈性體粒徑的下限值，這些極大的豐富了聚合物/彈性體/蒙脫土三元復(fù)合材料的增韌理論，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，主要結(jié)果如下：
　　1、研究了蒙脫土的含量對尼龍11/蒙脫土納米復(fù)合材料形態(tài)結(jié)構(gòu)

3、、力學(xué)性能、流變性能、結(jié)晶性能和熱穩(wěn)定性的影響，得到如下的結(jié)論：
　　當(dāng)蒙脫土含量為2％時形成了剝離型的納米復(fù)合材料，當(dāng)蒙脫土含量超過2%時形成了插層型的納米復(fù)合材料。
　　隨蒙脫土含量的增加，尼龍11納米復(fù)合材料的沖擊強度、比基本斷裂功和比塑性形變功都呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，當(dāng)蒙脫土含量為2%時，納米復(fù)合材料的沖擊強度、比基本斷裂功和比塑性形變功都達到最大值。這時其沖擊強度為16.56 KJ/㎡，是純尼龍11沖擊強度的2

4、.5倍，隨蒙脫土含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量也逐漸增加，但斷裂伸長率降低。
　　通過對尼龍11及其復(fù)合材料流變曲線的分析可以得出：尼龍11和尼龍11/蒙脫土納米復(fù)合材料均為假塑性流體，在230℃～245℃溫度下，非牛頓指數(shù)范圍為0.49～0.85，蒙脫土的加入使尼龍11的表觀粘度減小，在高剪切速率下，蒙脫土對粘度的影響減小。蒙脫土的加入使尼龍11的粘流活化能降低，故熔體流變特性受溫度影響變小。
　　蒙脫

5、土含量為2%時，尼龍11的晶型沒有發(fā)生改變，但蒙脫土的含量再增加，使尼龍11的晶型由γ晶型轉(zhuǎn)變?yōu)棣辆汀Ｃ擅撏猎谀猃?1基體中起到了成核劑的作用，破壞了尼龍11的球晶結(jié)構(gòu)，使尼龍11的結(jié)晶形態(tài)發(fā)生了變化，Avrami方程可較好的描述尼龍11及其納米復(fù)合材料的等溫結(jié)晶行為。
　　熱重分析表明當(dāng)蒙脫土含量為2%時，納米復(fù)合材料的熱分解溫度比純尼龍11提高了27℃。
　　2、系統(tǒng)的研究了POE-g-MAH的含量、蒙脫土的含量以及共

6、混順序?qū)δ猃?1/POE-g-MAH/蒙脫土納米復(fù)合材料力學(xué)性能、流變性能、結(jié)晶性能的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明：
　　隨著POE-g-MAH含量的增加，復(fù)合材料的沖擊強度、比基本斷裂功和比塑性形變功增加，當(dāng)POE-g-MAH的含量為20%時，納米復(fù)合材料的沖擊強度為36.32KJ/m2，是純尼龍11沖擊強度（6.62KJ/m2）的5.5倍。隨POE-g-MAH含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量逐漸降低。而復(fù)合材料的斷

7、裂伸長率卻隨 POE-g-MAH含量的增加先增大后減小，當(dāng)POE-g-MAH含量為20%時達到最大值。
　　隨著蒙脫土含量的增加，納米復(fù)合材料的沖擊強度下降，而比基本斷裂功先增加后減小，在蒙脫土含量為5%時達到最大。而比塑性形變功卻隨蒙脫土含量的增加，逐漸降低，納米粒子以塑性形變能力的降低為代價，換來了材料抵抗裂紋擴展能力的提高。隨著蒙脫土含量的增加，材料的彎曲強度和彎曲模量都逐漸增加，而復(fù)合材料的拉伸強度和斷裂伸長率都是先增加后

8、降低，在蒙脫土含量為5%時達到最大。
　　通過對不同蒙脫土含量和POE-g-MAH含量的尼龍11/POE-g-MAH/蒙脫土納米復(fù)合材料流變曲線的分析可以得出：不同蒙脫土含量和POE-g-MAH含量的尼龍11/POE-g-MAH/蒙脫土納米復(fù)合材料均為假塑性流體，相對于含有20%POE-g-MAH的尼龍11/POE-g-MAH共混物，蒙脫土的加入使材料的表觀粘度減小，粘流活化能升高。相對于含有5%蒙脫土的尼龍11/蒙脫土納米復(fù)合材

9、料，POE-g-MAH的加入使材料表觀粘度先減小，當(dāng)POE-g-MAH含量為25%時，粘度變大，但粘流活化能降低。
　　POE-g-MAH的加入使復(fù)合材料的結(jié)晶度降低，而蒙脫土的加入，卻起到異相成核作用，使復(fù)合材料的結(jié)晶度提高。POE-g-MAH的加入沒有改變尼龍11/蒙脫土復(fù)合材料的晶型，而蒙脫土的加入?yún)s使尼龍11/POE-g-MAH的晶型由γ晶型變?yōu)棣辆汀?br>　　混合順序?qū)?fù)合材料的沖擊強度，拉伸強度和彎曲強度影響很小，

10、但N1的比基本斷裂功比N2的小，而比塑性形變功比N2的大，N1的結(jié)晶溫度稍高于N2，并且結(jié)晶時間也更短，說明N1的結(jié)構(gòu)更有利于結(jié)晶。
　　3、系統(tǒng)研究POE/POE-g-MAH中POE-g-MAH的含量也就是POE-g-MAH的接枝率對尼龍11/POE/POE-g-MAH/蒙脫土納米復(fù)合材料力學(xué)性能、流變性能、結(jié)晶性能的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明：
　　隨著POE-g-MAH在POE-g-MAH/POE中的含量增加，復(fù)合材料的沖

11、擊強度先增加，當(dāng) POE-g-MAH的含量為20%時即彈性體的接枝率為0.16時，沖擊強度達到最大，為64.5 KJ/m2，為純尼龍11樹脂沖擊強度的9.7倍。隨著POE-g-MAH含量的增加，比基本斷裂功變化很小，而比塑性形變功卻隨蒙脫土的含量增加先增加后減小，當(dāng)POE-g-MAH的含量為20%時達到最大值。隨POE-g-MAH含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強度和斷裂伸長率都是先增加后減小，當(dāng)POE-g-MAH含量為20%時，拉伸強度達到

12、最大，當(dāng)POE-g-MAH含量為30%時，斷裂伸長率達到最大。而POE-g-MAH的含量對復(fù)合材料材料彎曲強度和彎曲模量影響很小。
　　通過對不同 POE-g-MAH含量的尼龍11/彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料流變曲線的分析可以得出：不同POE-g-MAH含量的尼龍11/彈性體/蒙脫土納米復(fù)合材料均為假塑性流體，當(dāng)彈性體中全部為POE-g-MAH時，復(fù)合材料的表觀粘度最大，彈性體中POE-g-MAH的含量為10%的復(fù)合材料的粘流活化

13、能最小。
　　隨著POE-g-MAH在POE-g-MAH/POE中含量的增加復(fù)合材料的結(jié)晶度降低，結(jié)晶時間增加。
　　4、研究了POE-g-MAH含量、蒙脫土的含量、彈性體中POE-g-MAH含量以及共混順序?qū)椥泽w粒徑大小的影響，結(jié)合復(fù)合材料沖擊斷面的SEM照片，探討了尼龍11/POE-g-MAH/蒙脫土三元納米復(fù)合材料增韌的機理。
　　隨POE-g-MAH含量的增加，尼龍11/POE-g-MAH/蒙脫土納米復(fù)合材料

14、中彈性體粒徑分布變窄，粒徑變大，復(fù)合材料發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變的臨界基體層厚度為0.16 mμ。
　　隨著POE-g-MAH在POE-g-MAH/POE中含量增加，彈性體的粒徑越來越細，從POE-g-MAH在POE-g-MAH/POE中含量為10%時的1.16 mμ到全部為POE-g-MA時的0.24 mμ，對于尼龍11/POE-g-MAH/蒙脫土或尼龍11/POE-g-MAH/POE/蒙脫土納米復(fù)合材料而言，要想得到韌性好的材料，彈性體粒

15、徑的下限為0.22 mμ。
　　蒙脫土的加入對彈性體粒徑的分布和彈性體顆粒的形狀影響較小，隨著蒙脫土含量的增加，彈性體粒子的粒徑先減小，當(dāng)蒙脫土含量為5%時達到最小，蒙脫土的含量再增加，彈性體粒徑稍有增加，但變化的幅度不大。
　　尼龍11/POE-g-MAH/蒙脫土（5%）三元納米復(fù)合材料的增韌機理為：當(dāng)彈性體的粒間距大于0.16 mμ時，蒙脫土片層起到應(yīng)力集中體的作用，首先空洞化。當(dāng)彈性體的粒間距小于0.16 mμ時，PO