聚酰胺6和聚碳酸酯及其與K樹(shù)脂共混體系拉伸力學(xué)行為的研究.pdf

1、本文在簡(jiǎn)要回顧聚合物的應(yīng)力應(yīng)變特性、屈服行為、脆韌轉(zhuǎn)變現(xiàn)象以及斷裂行為基本理論的基礎(chǔ)上，從溫度活化的分子活動(dòng)性、應(yīng)力活化的分子活動(dòng)性、熱歷史的影響以及聚合物、聚合物共混物體系的力學(xué)行為的形態(tài)結(jié)構(gòu)依賴(lài)性等方面綜述了聚合物的力學(xué)行為的影響因素，進(jìn)而提出了本論文工作的基本思路。
　　 首先考察了聚酰胺6（PA6）/K 樹(shù)脂（K）及聚碳酸酯（PC）/K 共混物在不同組成、不同的測(cè)試條件下的拉伸應(yīng)力應(yīng)變行為。PA6/K 共混物的拉伸應(yīng)力應(yīng)

2、變行為隨共混組成的變化很復(fù)雜；而PC/K 共混物均表現(xiàn)出典型的非晶聚合物應(yīng)力應(yīng)變特性。在一定的溫度范圍內(nèi)，PA6/K 共混物的應(yīng)力應(yīng)變行為均表現(xiàn)出良好的相似性，但隨著拉伸溫度的提高，PA6/K 共混物應(yīng)力應(yīng)變曲線形狀有所變化；而PC/K 共混物的應(yīng)力應(yīng)變行為在測(cè)試溫度范圍內(nèi)均表現(xiàn)出良好的相似性。在很寬的應(yīng)變速率范圍內(nèi)，隨著應(yīng)變速率增大，PA6/K和PC/K 共混物應(yīng)力應(yīng)變行為的基本特征基本不變，但應(yīng)力應(yīng)變曲線整體上有所提升，表現(xiàn)為屈服應(yīng)

3、力提高。
　　 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)用Eyring 方程研究了應(yīng)變速率對(duì)共混物應(yīng)力應(yīng)變行為的影響，結(jié)果表明K 樹(shù)脂相的引入使PA6 或PC 基質(zhì)比較容易達(dá)到屈服所需要的活化體積，反映了變形機(jī)理的改變。相容劑馬來(lái)酸酐接枝K 樹(shù)脂共聚物（K-g-MAH）的加入，使得共混物應(yīng)力集中因子變小，表明相容劑K-g-MAH 對(duì)PA6/K和PC/K 共混體系均有較好的增容作用。
　　 以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，通過(guò)計(jì)算探討了共混物拉伸過(guò)程的總成頸變

4、形能，認(rèn)為它反應(yīng)了共混物組分間相容性，并應(yīng)用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（ DMTA）、掃描電鏡（SEM）等測(cè)試手段進(jìn)行了進(jìn)一步證實(shí)。
　　 其次，觀察到二次屈服現(xiàn)象并討論了其形成原因與影響因素。拉伸形變過(guò)程中，含有50wt.％及70wt.％的K樹(shù)脂的PA6/K共混物試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線上經(jīng)歷第一屈服點(diǎn)后，應(yīng)力下降，然后成頸，在應(yīng)變硬化過(guò)程中應(yīng)力應(yīng)變曲線達(dá)到第二個(gè)局部極大值點(diǎn)，并經(jīng)過(guò)一個(gè)應(yīng)力平臺(tái)，發(fā)生了第二次屈服，而PA6/K其他組成的共混物則表現(xiàn)

5、出普通的應(yīng)力應(yīng)變行為。相同組成的PA6/PS在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，均未發(fā)現(xiàn)相似的現(xiàn)象。據(jù)差示掃描量熱分析（DSC），大角X-射線衍射（WAXD），DMTA等測(cè)試結(jié)果，初步認(rèn)為PA6/K共混物的第一次屈服是K樹(shù)脂基體的屈服所致，而第二次屈服應(yīng)歸因于與PA6纏結(jié)的K樹(shù)脂分子鏈中的軟相（PS-co-PB）的永久塑性變形。提高拉伸溫度，PA6/K共混物二次屈服現(xiàn)象弱化。拉伸速度提高到一定程度（200mm/min）后，不再表現(xiàn)出二次屈服現(xiàn)象。吸水率

6、過(guò)低或過(guò)高，均不利于PA6/K 共混物二次屈服行為的出現(xiàn)。
　　 第三，研究了PA6/K和PC/K 共混物在高速拉伸條件下的脆韌轉(zhuǎn)變行為。對(duì)于PA6/K 共混物，隨著K 樹(shù)脂含量的增加，PA6/K 體系將發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變，并且體系的脆韌轉(zhuǎn)變速率也越高，脆韌轉(zhuǎn)變溫度越低。共混物脆韌轉(zhuǎn)變隨應(yīng)變速率變化的效應(yīng)可以用相應(yīng)的溫度變化效應(yīng)表述。對(duì)于PC/K 共混物，改變K 樹(shù)脂的含量并未明顯導(dǎo)致PC/K 共混物脆韌轉(zhuǎn)變的發(fā)生。對(duì)簡(jiǎn)支梁缺口沖擊樣

7、品的細(xì)微變形過(guò)程分析表明，缺口沖擊變形實(shí)際上就是一種缺口尖端附近的高速拉伸變形，在這兩種方法下發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變的機(jī)理實(shí)質(zhì)上是一致的。
　　 第四，利用單邊缺口拉伸實(shí)驗(yàn)方法，研究了應(yīng)變速率對(duì)PA6/K和PC/K 共混物斷裂行為的影響。測(cè)試速率對(duì)PA6/K和PC/K 共混物斷裂最大應(yīng)力影響相似，最大應(yīng)力均隨著K 樹(shù)脂含量的增加而減小，隨測(cè)試速率的對(duì)數(shù)值的增加而增加。測(cè)試速率對(duì)PA6/K和PC/K 共混物斷裂初始位移的影響都不大，但測(cè)試速

8、率對(duì)PA6/K和PC/K 共混物斷裂擴(kuò)展位移和斷裂能量的影響有明顯的不同。對(duì)PA6/K 80/20 與PC/K 80/20 共混物在不同溫度下的應(yīng)變速率影響研究進(jìn)一步表明，溫度顯著地影響PA6/K與PC/K 共混物的變形過(guò)程，低應(yīng)變速率下聚合物共混物的斷裂行為更易受相態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，高應(yīng)變速率下聚合物共混物的斷裂行為不是低應(yīng)變速率下行為的簡(jiǎn)單外推。
　　 第五，對(duì)帶有預(yù)制裂紋試樣在低應(yīng)變速率下的拉伸斷裂特性的研究發(fā)現(xiàn)，此時(shí)試樣的應(yīng)

9、力應(yīng)變行為與常規(guī)試樣有著顯著的區(qū)別，彈性形變和屈服過(guò)程之后，均表現(xiàn)出較為明顯的成頸和撕裂特征。研究表明，對(duì)于PA6/K 體系，K 樹(shù)脂能顯著地改善PA6 材料的抗裂紋擴(kuò)展能力，K-g-MAH的加入可以進(jìn)一步使PA6/K 共混物的裂紋阻力和塑性變形能量吸收能力均得到了提高。能量拆分的結(jié)果表明，PA6/K 共混材料斷裂行為的差異主要決定于材料屈服階段的行為。對(duì)于PC/K 體系，K 樹(shù)脂的加入并不能顯著地影響PC 斷裂的裂紋擴(kuò)展與塑性變形過(guò)程