T-ZnOw-PS復(fù)合材料的制備及性能測試.pdf

1、四針狀氧化鋅晶須(T-ZnOw)是一種具有三維空間立體結(jié)構(gòu)的無機(jī)晶體材料。四根針體向三維空間展開，每任意兩根針體夾角成109℃。在基體中四針狀晶須呈無規(guī)排列，因此用其改性的復(fù)合材料顯各向同性。而且在基體中起到骨架支撐作用，在改善復(fù)合材料強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對復(fù)合材料韌性的改善：因而對復(fù)合材料表現(xiàn)出增強(qiáng)增韌的雙重作用。但正是由于T-ZnOw結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，在加工過程中拉伸應(yīng)力和剪切應(yīng)力的存在，將破壞晶須的這種四針狀結(jié)構(gòu)，使具有四針狀

2、結(jié)構(gòu)的晶須變?yōu)閭鹘y(tǒng)的一維晶須。并且由于晶須的斷裂大多是從晶須的生長點(diǎn)斷裂，斷裂的結(jié)果造成大量的晶須破壞或片狀物存在于復(fù)合材料中，從而造成結(jié)構(gòu)上的缺陷，不利于復(fù)合材料性能的改善。因而探討一種適合的加工方法，使四針狀結(jié)構(gòu)完整的保持在基體中，從而改善復(fù)合材料性能，并進(jìn)一步研究四針狀晶須對聚合物基復(fù)合材料的增強(qiáng)增韌作用，這將具有特殊的意義。 本文采用具有分形結(jié)構(gòu)特征的四針狀氧化鋅晶須(T-ZnOw)作為填料，以脆性材料聚苯乙烯(PS)為

3、基體，通過溶液共混與注塑成型相結(jié)合的方法制備T-ZnOw/PS復(fù)合材料，對復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱性能等進(jìn)行測試，并對復(fù)合材料的斷裂破壞行為進(jìn)行分析，以便研究T-ZnOw在復(fù)合材料中的作用機(jī)理。結(jié)果表明，T-ZnOw能有效改善復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、拉伸彈性模量等，即復(fù)合材料的剛性和韌性同時(shí)得到改善；但不利于改善復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。拉伸斷口形貌分析表明，界面脫粘后晶須被拔出以及晶須發(fā)生斷裂是T-ZnOw在基體中的主要作用機(jī)理。沖擊斷口形貌分析

4、表明，在沖擊過程中T-ZnOw誘導(dǎo)基體產(chǎn)生大量銀紋并吸收沖擊能是復(fù)合材料韌性提高的主要原因。熱性能測試結(jié)果表明，T-ZnOw能有效的提高復(fù)合材料的熱分解溫度，但在改善復(fù)合材料的熱變形溫度(HDT)和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(rg)方面效果不明顯。為了進(jìn)一步了解晶須/基體的界面相互作用以及晶須結(jié)構(gòu)的完整性對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響，實(shí)驗(yàn)中采用不同的偶聯(lián)劑類型、T-ZnOw表面處理方法以及不同的復(fù)合材料成型加工方法制備了T-ZnOw/PS復(fù)合材料，并

5、對其力學(xué)性能和熱性能進(jìn)行測試。結(jié)果表明，采用柔性鏈較長的NDZ-105鈦酸酯偶聯(lián)劑在提高復(fù)合材料沖擊韌性方面更有效，而在提高復(fù)合材料剛性方面KH-560硅烷偶聯(lián)劑更優(yōu)；然而復(fù)合材料熱性能受偶聯(lián)劑種類影響不明顯。不同的晶須表面處理方法(干法或濕法處理)對復(fù)合材料力學(xué)性能和熱性能影響不明顯。在改善復(fù)合材料力學(xué)性能和熱變形溫度方面，模壓成型的復(fù)合材料要強(qiáng)于注塑成型的復(fù)合材料：究其原因發(fā)現(xiàn)，盡管在復(fù)合材料溶液共混過程中避免了晶須四針狀結(jié)構(gòu)的破壞