聚苯醚-聚酰胺6合金和復合材料的結構與性能研究.pdf

1、聚苯醚/聚酰胺(PPO/PA)合金和復合材料在共混物基礎理論和工程塑料制品應用研究方面都具有重要的意義。PPO和PA在耐熱性、耐溶劑性、耐水性、尺寸穩(wěn)定性以及加工性能等方面具有很強的互補性,同時作為工程塑料,都具有優(yōu)良的物理機械性能。因此用PPO和PA共混制備的材料,具有熱變形溫度高、尺寸穩(wěn)定性好、耐化學性和加工性良好等優(yōu)點,是近年來發(fā)展較快的塑料合金之一,在機械、電氣電子、汽車和家電等領域都得到了廣泛的應用。
　　 簡單共混的

2、PPO/PA合金由于組分相容性差,不能滿足實際應用要求,同時為滿足更高性能和更廣泛功能的使用要求,需要對其進行各種改性,但國內由于受原材料和國外技術壟斷的限制,對PPO與PA共混改性技術研究較少。本文以PPO/PA6為基體,對其進行了增容、增韌、增強和功能化幾方面的改性,并對其結構和性能進行了研究。
　　 由于結晶性和極性方面的差異導致了PPO/PA6合金在其所有配比范圍內都是一種典型的不相容聚合物共混體系,存在嚴重的相分離,兩

3、相間缺乏足夠的界面粘接力,綜合性能較差,為了滿足實際應用要求需要對PPO/PA6合金進行增容改性。本文分別采用苯乙烯.馬來酸酐共聚物(SMA)和通過反應性擠出制備的馬來酸酐化的PPO(PPO-g-MA)對PPO/PA6合金進行了有效增容,降低了共混物分散相尺寸,使兩相間界面粘結力得到了增強,而PPO-g-MA具有比SMA更好的增容效果。對PPO-g-MA的合成機理和增容機理研究結果表明PPO-co-PA6的生成對合金中的PPO起到了乳化

4、增容的作用。PPO-g-MA只有在適當用量時才會起到改善。PPO/PA6合金力學性能的最佳作用。PPO/PA6合金在PPO-g-MA和SMA增容前后表現(xiàn)出了不同的相分離流變行為。采用Bousmina模型對共混體系粘彈性行為擬合結果表明乳液模型對于完全相分離且PPO含量較低的PPO/PA6合金比較適用。
　　 PPO和PA6具有較低韌性,導致其共混物韌性很差,在增容的基礎上還需對其進行增韌改性。本文在PPO-g-MA增容的基礎上,

5、分別采用三種馬來酸酐化的苯乙烯基共聚物對PPO/PA6合金進行了增韌的抗沖改性。其中馬來酸酐化的苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS-g-MA)表現(xiàn)出了最好的抗沖改性效果,能夠將PPO/PA6合金的Izod缺口沖擊強度提高到900 J/m以上,而馬來酸酐化的甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS-g-MA)在起到抗沖改性作用的同時,一定程度上改善了PPO/PA6合金的加工性能,馬來酸酐化的丙烯腈一丁二烯.苯乙烯嵌段共聚

6、物(ABS-g-MA)雖然抗沖改性效果有限,但對合金其他力學性能影響很小。這些抗沖改性劑的抗沖改性效果與它們的極性、分子結構、分散粒子大小和分布等密切相關。本文在相形態(tài)分析的基礎上,對共混體系的流變行為、抗沖改性的機理和斷裂行為進行了詳細的研究。
　　 增容后的PPO/PA6合金可以達到一般工程塑料的使用要求。為了滿足高抗張強度和高模量的工程應用的需求,本文在PPO-g-MA增容的基礎上,采用表面處理的SGF增強了PPO/PA6

7、合金。PPO-g-MA的加入有助于SGF表面形成聚合物包覆層,從而提高SGF與聚合物基體之間的粘結力,提高了SGF增強PPO/PA6合金的效率,使材料的斷裂韌性和高溫下的尺寸穩(wěn)定性得到了改善。PPO/PA6合金中SGF的取向分布和保留長度主要受加工成型過程中的模腔側壁以及SGF和PPO-g-MA用量的影響。使用Kelly-Tlyson模型描述了SGF對PPO/PA6合金的增強行為,由此得到的臨界界面剪切力結果表明PPO-g-MA的加入能

8、明顯提高SGF與聚合物基體之間的粘結力。
　　 有機/無機納米復合材料可以充分結合有機高分子和無機材料的優(yōu)點,引起人們的廣泛關注。本文分別研究了多面齊聚倍半硅氧烷(POSS)、納米SiO2粒子和多壁碳納米管(MWNTs)填充改性的PPO/PA6合金的結構和性能,結果表明:環(huán)氧化POSS對PA6具有擴鏈和交聯(lián)作用,隨著POSS含量的增大,PPO/PA6合金的相形態(tài)結構從最初的海.島結構轉變?yōu)榫哂幸欢ㄈ∠虻墓策B續(xù)相結構,再轉變?yōu)橄喾?/p>

9、轉后的海-島結構。這種轉變與材料的流變行為變化和組分間的界面張力變化密切相關。復合材料為共連續(xù)相結構時,材料顯示出相對較好的力學性能。POSS的加入還能明顯提高PPO/PA6合金的耐水性和高溫加工時的熱穩(wěn)定性。納米SiO2粒子和不同表面處理的納米SiO2粒子在PPO/PA6合金中有著不同的分散性和反應性。隨著SiO2用量增加,復合材料由海.島結構逐漸向共連續(xù)的相形態(tài)結構轉變。SiO2粒子的加入提高了PPO/PA6共混體系的力學性能和熱穩(wěn)

10、定性。MWNTs與PA6極性相近而選擇性地分散在PA6相中。多相復合體系的導電性能與MWNTs的分散及用量、體系的相形態(tài)結構和組分的流變行為密切相關。MWNTs能有效提高PPO/PA6(50/50)合金的導電性,當MWNTs含量從0 phr增加到2 phr時,復合材料的體積電阻率從1017Ω·cm左右迅速降至4.0×107Ω·cm左右,這可能與其形成了雙逾滲網絡結構有關。
　　 本論文的主要創(chuàng)新之處:
　　 (1)制備了

11、接枝物PPO-g-MA,通過FTIR和NMR確認了MA接枝到PPO的部分。對PPO/PA6合金這種典型的完全相分離的共混體系在增容前后相形態(tài)結構和流變行為的變化作了定量的分析。
　　 (2)提供了一種制備超韌PPO/PA6合金(Izod缺口沖擊強度大于900 J/m)的方法。定量研究了復雜多相共混體系的抗沖改性機理和斷裂韌性參數(shù)的變化,增強了對SEBS-g-MA抗沖改性PPO/PA6合金機理的全面認識。
　　 (3)提供

12、了一種改善三元共混物PPO/PA6/SGF各組分間界面作用力的方法,對SGF在PPO/PA6共混物中的取向分布和長度分布作了統(tǒng)計分析,并使用Kelly-Tyson模型定量研究了SGF增強PPO/PA6合金的機理。
　　 (4)系統(tǒng)研究了環(huán)氧化POSS對PA6的擴鏈和交聯(lián)反應,定量分析了共混體系相結構的變化與組分流變行為以及組分間界面張力的關系,POSS的加入改善了材料的力學性能、耐熱性和吸水性,利于該共混物的加工、儲存和應用。<