聚酰胺6-橡膠-天然粘土納米復(fù)合材料的制備及其形態(tài)、結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、為了降低聚酰胺6/粘土納米復(fù)合材料的高制備成本以及解決材料韌性下降等問題，本研究采用一種低成本的新方法制備出剝離型聚酰胺6/橡膠/天然粘土納米復(fù)合材料。在這個(gè)新工藝中，首先以橡膠乳液和蒙脫土漿液為原料制備出一種新型的全硫化粉末橡膠/蒙脫土復(fù)合粉末(ultra-finefully-vulcanizedpowderrubber/montmorillonite,UFPRM)，再將其與聚酰胺6進(jìn)行熔融共混，就可得到聚酰胺6/橡膠/天然粘土納米復(fù)

2、合材料，所用的橡膠是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的超細(xì)全硫化粉末橡膠(ultra-finefully-vulcanizedpowderrubber，UFPR)。本文分別以下面的三種復(fù)合粉末為原料：全硫化粉末丁苯吡橡膠/蒙脫土(VP-UFPRM)復(fù)合粉末、全硫化粉末硅橡膠/蒙脫土(S-UFPRM)復(fù)合粉末和全硫化粉末丙烯酸酯橡膠/蒙脫土(A-UFPRM)復(fù)合粉末，分別制備出聚酰胺6/VP-UFPRM納米復(fù)合材料、聚酰胺6/S-UFPRM納米復(fù)合材料和

3、聚酰胺6/A-UFPRM納米復(fù)合材料。微觀形態(tài)研究表明，橡膠粒子在聚酰胺6(尼龍6)基體中分散良好，同時(shí)未有機(jī)化的蒙脫土在橡膠粒子之間的基體中實(shí)現(xiàn)剝離。 研究納米復(fù)合材料的性能發(fā)現(xiàn)，三種尼龍6/UFPRM納米復(fù)合材料都表現(xiàn)出高剛、高韌、高耐熱性以及好的阻燃性。還發(fā)現(xiàn)，在相同份數(shù)下，三種尼龍6/UFPRM納米復(fù)合材料的剛性和耐熱性相差不大。但是由于三種復(fù)合粉末中含有不同的UFPR，不同的尼龍6納米復(fù)合材料分別表現(xiàn)出不同的優(yōu)異性能。

4、尼龍6/VP-UFPRM納米復(fù)合材料有較高的韌性，尼龍6/S-UFPRM納米復(fù)合材料不僅有好的阻燃性還有好的熱穩(wěn)定性和加工流動性，而尼龍6/A-UFPRM納米復(fù)合材料則兼有較高的韌性和熱穩(wěn)定性。 由于VP-UFPRM中的VP-UFPR與尼龍6具有很強(qiáng)的界面粘結(jié)力和很好的相容性，所以尼龍6/丁苯吡UFPRM納米復(fù)合材料具有很好的韌性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，隨著丁苯吡UFPRM加入量的增加，尼龍6/VP-UFPRM納米復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度隨

5、之增加；并且，丁苯吡UFPRM對高分子量尼龍6的增韌、增強(qiáng)效果好于低分子量尼龍6。同時(shí)，由于尼龍6中的VP-UFPR和MMT表現(xiàn)出對氣體的協(xié)同阻隔效應(yīng)，尼龍6/丁苯吡UFPRM納米復(fù)合材料也具有優(yōu)異的阻隔性能。 硅UFPR和硅UFPRM都能大大降低尼龍6的熱釋放速率。在相同的份數(shù)下，尼龍6/S-UFPRM納米復(fù)合材料比尼龍6/S-UFPR復(fù)合材料表現(xiàn)出更低的熱釋放速率。研究表明，尼龍6/S-UFPRM納米復(fù)合材料在燃燒結(jié)束后形成

6、了與S-UFPR和MMT分別相關(guān)的兩個(gè)隔離層：致密外殼和海島狀隔離層。由于這兩個(gè)隔離層可以同時(shí)保護(hù)底部的材料，延緩其降解速率，從而使其阻燃性進(jìn)一步提高。也就是說，S-UFPRM中的S-UFPR和MMT對尼龍6表現(xiàn)出協(xié)同阻燃效果。另外，由于硅橡膠的主鏈為-Si-O-結(jié)構(gòu)，尼龍6/S-UFPRM納米復(fù)合材料具有很好的加工流動性；并且Si-O鍵具有很高的鍵能，所以，尼龍6/S-UFPRM納米復(fù)合材料也具有很好的熱穩(wěn)定性。 對于丙烯酸酯

7、UFPRM。由于丙烯酸酯UFPR幾乎沒有碳碳雙鍵，而且，丙烯酸酯UFPR與尼龍6的相容性比硅UFPR要好，所以，尼龍6/A-UFPRM納米復(fù)合材料兼有較高的熱穩(wěn)定性和韌性。 UFPRM在尼龍6中的分散機(jī)理表明，復(fù)合粉末中的橡膠粒子和粘土片層之間相互隔離的特殊結(jié)構(gòu)是天然粘土和相容性較差的橡膠粒子在尼龍6中剝離或分散良好的最關(guān)鍵因素。在熔融共混過程中，粘土片層隨著橡膠的形變而開始分散，當(dāng)橡膠粒子在基體中固定下來以后，由于橡膠粒子對粘

8、土片層的隔離作用，剝離的粘土片層很難團(tuán)聚；同時(shí)，由于粘土片層對橡膠粒子的隔離作用，橡膠粒子也很難聚集。所以，粘土片層在橡膠粒子的幫助下能夠在尼龍6基體中剝離，同時(shí)，橡膠粒子在剝離的蒙脫土片層的幫助下也能夠在尼龍6中均勻分散。換句話說，橡膠粒子和蒙脫土片層可以相互幫助在尼龍6基體中分散。因此，盡管三種UFPR與尼龍6的相容性不同，但是它們都能幫助未有機(jī)化的蒙脫土在基體中剝離。所以，在相同的蒙脫土含量下，三種尼龍6/UFPRM納米復(fù)合材料的

9、剛性和耐熱性差別不大。 研究尼龍6/UFPRM納米復(fù)合材料的結(jié)晶行為表明：(1)純尼龍6經(jīng)過雙螺桿擠出以后，其結(jié)晶速率很快升高；(2)小份數(shù)的復(fù)合粉末可以提高尼龍6的結(jié)晶速率；但是，當(dāng)復(fù)合粉末的量提高到一定份數(shù)時(shí)，就會阻礙尼龍6結(jié)晶，降低尼龍6的結(jié)晶速率；而且，復(fù)合粉末的含量越高，它們對尼龍6結(jié)晶的阻礙作用就越強(qiáng)；當(dāng)復(fù)合粉末的含量相同時(shí)，橡膠粒子和粘土在基體中分散越好，對尼龍6的結(jié)晶阻礙作用越強(qiáng)；(3)復(fù)合粉末的加入導(dǎo)致尼龍6的