尼龍6-高密度聚乙烯-黏土復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、本文工作主要分成兩部分: 第一部分是高密度聚乙烯(HDPE)/黏土(Clay)和尼龍6(PA6)/Clay納米復(fù)合材料的研究; 第二部分是Clay對PA6/HDPE和PA6/高密度聚乙烯接枝丙烯酸(PEAA)共混體系增容作用研究. 1.HDPE/Clay和PA6/Clay納米復(fù)合材料的研究 用熔融共混的方法制備了HDPE/Clay和PEAA/Clay納米復(fù)合材料.采用正電子湮沒技術(shù)(PALS)測試

2、了自由體積的尺寸及濃度,研究了自由體積性能與拉伸模量之間的關(guān)系.結(jié)果表明:Clay在PEAA中有較好的分散,與基體形成較多的界面層,使自由體積強(qiáng)度(I<,3>)增加,且界面效應(yīng)使復(fù)合材料的模量提高,而在HDPE體系中,發(fā)生團(tuán)聚,模量下降.用熔融共混的方法制備了PA6/Clay納米復(fù)合材料,采用XRD、SEM、TEM和DSC等實(shí)驗(yàn)手段對材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征.研究結(jié)果表明:Clay在PA6中有較好的剝離和分散.在低剪切速率下,Clay

3、的加入降低了PA6的表觀粘度,而當(dāng)剪切速率大于3000s<'-1>時(shí),加有Clay的PA6表觀粘度稍高于純PA6,而且在Clay加1～4 phr之間時(shí),Clay的量對體系的粘度影響比較小.Clay在PA6中較好的剝離和分散,并且和PA6有較好的相互作用,在一定程度上阻礙了其鏈段運(yùn)動,PA6的結(jié)晶溫度隨Clay量的增加而降低. 2.Clay對PA6/HDPE和PA6/PEAA共混體系增容作用的研究 用熔融共混的方法制備了

4、PA6/HDPE/Clay和PA6/PEAA/Clay納米復(fù)合材料,研究了Clay對.PA6/HDPE和PA6/PEAA體系相容性的影響.對PA6/HDPE體系,從四個角度來分析Clay的增容作用: (1)Clay含量的變化.研究表明隨Clay量的增加,分散相HDPE尺寸明顯減小.XRD和TEM結(jié)果表明大部分的Clay已經(jīng)剝離,并比較均勻地分散在PA6相或PA6和HDPE的界面周圍.隨著Clay含量的增加,插層的Clay也增加,

5、Clay在界面上聚集增加,HDPE相被拉長而變形,界面層厚度有一定增加,界面變模糊. (2)加工工藝的變化.轉(zhuǎn)速對相形態(tài)的影響:對于PA6/HDPE共混物,40 rpm時(shí)分散相HDPE直徑變得最小,繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速,HDPE相尺寸有變大的趨勢,相不是很穩(wěn)定,而在加入4 phr Clay后,當(dāng)轉(zhuǎn)速大于等于40 rpm后相基本穩(wěn)定.時(shí)間對相形態(tài)的影響:對于PA6/HDPE共混物,隨著共混時(shí)間的增加,HDPE相尺寸逐漸變小.當(dāng)體系中加入1

6、phr Clay后,相尺寸要小于不加Clay的體系,但隨共混時(shí)間延長,HDPE相尺寸還是會逐漸變小.加入較多Clay后,隨時(shí)間的變化,HDPE相尺寸進(jìn)一步變小,而且最后相趨于穩(wěn)定. (3)PA6/HDPE共混物組成的變化.結(jié)果表明不加Clay時(shí),PA6為主相的體系中,HDPE相尺寸要大于相應(yīng)的HDPE為主相的PA6的相,添加2 phr Clay后,分散相尺寸都變小,而且PA6為主相的體系,影響較大,最后使體系的分散相尺寸和兩聚合

7、物的組成變化影響不大. (4)PA6粘度的變化.結(jié)果表明在不加Clay的情況下,PA6粘度高點(diǎn),HDPE相尺寸就小些,這就說明PA6的粘度對共混物的相形態(tài)的確有一定的影響,加入4 phrClay后,高粘度PA6中HDPE相尺寸減小沒有低粘度PA6體系明顯,而且最后兩個體系中.HDPE相尺寸比較接近. 當(dāng)HDPE接枝AA后,與PA6和Clay有較好的相互作用,從而Clay在PA6/PEAA中有較好的分散,少量的Clay聚

8、集在兩相的界面.同PA6/HDPE體系類似的是,隨Clay量地增加,HDPE相被拉長,進(jìn)而體系形成雙連續(xù)結(jié)構(gòu).由于Clay較好的剝離和分散,與PA6、PEAA有較好的相互作用,從而較大地提高了體系的拉伸模量,并且由于分散的層狀Clay阻礙了鏈段的運(yùn)動,從而降低了兩相的結(jié)晶度和結(jié)晶溫度,而無定型區(qū)的增加也一定程度上有利于兩相的相容.不管是HDPE、PEAA為主相還是:PA6為主相,Clay對體系的增容作用表現(xiàn)在與兩相的相互作用上,相互作用