納米SiO-,2--聚丙烯復(fù)合材料雙重界面作用研究.pdf

1、將無(wú)機(jī)納米粒子添加到聚合物基體中制備聚合物基納米復(fù)合材料已經(jīng)成為高分子材料科學(xué)領(lǐng)域近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。為了制備綜合性能優(yōu)異的納米復(fù)合材料，納米粒子在聚合物基體中的均勻分散和加強(qiáng)納米粒子與基體間界面相互作用是非常重要的。然而正是由于納米尺度效應(yīng)的存在，納米粒子極易團(tuán)聚，而納米粒子填充聚合物體系與微米級(jí)粒子填充聚合物體系在界面相互作用上也有所不同。為促進(jìn)納米粒子在聚合物中的分散，除了需要對(duì)納米粒子和聚合物基體間的相互作用進(jìn)行研究，納米粒子和納

2、米粒子間的相互作用也需要進(jìn)行研究和調(diào)控。 為此本課題設(shè)計(jì)用聚丙烯酸酯類(lèi)高聚物來(lái)對(duì)納米粒子進(jìn)行表面修飾，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和界面設(shè)計(jì)來(lái)研究納米粒子填充聚合物體系內(nèi)的雙重界面相互作用。首先采用高能射線輻照接枝的方法對(duì)納米SiO2粒子進(jìn)行表面改性。為了對(duì)比不同結(jié)構(gòu)的接枝物對(duì)粒子-粒子和粒子-基體雙界面調(diào)控效果的異同，本文不但選用丙烯酸丁酯作為接枝單體，還采用了含有氟原子的丙烯酸十二氟庚酯、丙烯酸六氟丁酯以及2-溴-三氟丙烯作為接枝單體改性納

3、米SiO2粒子，并與聚丙烯熔融共混制備了相應(yīng)的納米復(fù)合材料。本文著重研究了如何表征納米復(fù)合材料中的雙重界面相互作用，采用動(dòng)態(tài)流變、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試、慢速DSC、XRD和動(dòng)態(tài)光散射等測(cè)試方法進(jìn)行表征。同時(shí)為了驗(yàn)證雙重界面調(diào)控機(jī)理的普適性，本文還對(duì)納米CaCO3、微米CaCO3和微米SiO2填充聚丙烯體系進(jìn)行了對(duì)比研究。 本課題研究的主要結(jié)果如下： 1.通過(guò)對(duì)接枝改性粒子的紅外及TGA測(cè)試，證明了輻照接枝的方法能有效地將聚丙

4、烯酸酯類(lèi)聚合物接枝到粒子的表面。通過(guò)粒徑分析可以證明輻照接枝改性能有效降低納米粒子團(tuán)聚體的尺寸，但對(duì)于微米粒子效果不是十分明顯。 2.通過(guò)動(dòng)態(tài)流變性能表征，改性納米粒子在分散介質(zhì)中的模量較改性前有明顯降低，證明了輻照接枝改性能夠顯著減弱納米粒子-納米粒子之間的相互作用。而改性微米粒子-粒子間相互作用的減弱程度低于納米粒子的。 3.將輻照接枝改性后的納米粒子和微米粒子分別與聚丙烯基體熔融共混，制備得復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)復(fù)合材料

5、進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試可以得知，接枝改性納米粒子／PP復(fù)合材料和接枝改性微米粒子／PP復(fù)合材料的損耗模量-溫度曲線中峰面積(弛豫強(qiáng)度)均得到明顯升高。證明了接枝改性能夠增強(qiáng)復(fù)合材料中的粒子-基體問(wèn)界面相互作用。 4.通過(guò)測(cè)試復(fù)合材料的力學(xué)性能，接枝改性納米粒子／PP復(fù)合材料與純PP、未改性納米粒子／PP復(fù)合材料相比，有著更高的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度。而接枝改性微米粒子／PP復(fù)合材料相對(duì)于PP來(lái)說(shuō)，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊

6、強(qiáng)度的提高幅度沒(méi)有納米粒子填充體系的顯著。 5.含氟接枝聚合物的引入，由于其自潤(rùn)滑特性顯著地減弱了粒子-粒子間的相互作用，同時(shí)由于含氟接枝聚合物分子鏈與基體聚合物分子鏈之間的相互纏結(jié)而顯著提高了粒子-基體界面相互作用。這種雙重界面特性使得含氟聚合物接枝改性粒子在受到應(yīng)力作用下更加易于發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使團(tuán)聚體發(fā)生變形，提供一個(gè)附加的能量耗散，最終更大幅度地提高了復(fù)合材料的韌性。 6.具有良好運(yùn)動(dòng)能力的改性粒子能提高拉伸后

7、基體聚合物晶體的取向。粒徑較小的接枝改性納米粒子的加入誘導(dǎo)了聚丙烯基體β晶的生成，而粒徑較大的微米粒子沒(méi)有這種作用。 7.通過(guò)慢速DSC測(cè)試可知，接枝改性納米粒子／PP復(fù)合材料與純PP、未改性納米粒子／PP復(fù)合材料相比，在升溫過(guò)程中能夠耗散更多能量，驗(yàn)證了輻照接枝改性可以減弱粒子-粒子問(wèn)相互作用并同時(shí)增強(qiáng)粒子-基體間界面相互作用。 8.輻照產(chǎn)生的均聚物的加入會(huì)影響到接枝改性納米粒子在PP基體中的均勻分散，從而使其對(duì)基體的