尼龍66-SiO-,2-納米復合材料的界面結構與性能研究.pdf

1、本文采用熔融共混法通過雙螺桿擠出機制備出不同表面改性納米SiO<,2>/尼龍66復合材料，并對其力學性能進行了測試和分析。試驗結果顯示可反應性納米二氧化硅(RNS)的加入能夠增加納米復合材料的拉伸強度和彈性模量，但對材料缺口沖擊強度的影響并不明顯。而可分散性納米二氧化硅(DNS)的加入則能在保持材料剛性的情況下提高納米復合材料的缺口沖擊韌性，但同時也會對材料的拉伸性能產生一定的負面影響。顯然，不同表面改性納米SiO<,2>的加入對材料力

2、學性能產生了不同的影響。為了深入分析納米復合材料制備過程中不同表面改性納米SiO<,2>與尼龍66基體之間的相互作用，我們對制備成的納米復合材料進行了抽提處理，并對抽提產物進行了熱重(TGA)，紅外(FFIR)，X射線光電子能譜(XPS)以及透射電子顯微鏡(TEM)表征。結果顯示，RNS在熔融共混過程中與尼龍66發(fā)生了強烈的界面相互作用，形成一種基于共價鍵和氫鍵連接的界面層結構。這種界面層結構的形成顯然有助于增加RNS/尼龍66的界面粘

3、接強度，改善二者之間的應力傳遞，從而促進納米復合材料拉伸強度的提高。而界面粘結強度的增加反過來限制了尼龍66鏈的運動，導致納米顆粒周圍尼龍66高密度區(qū)的形成，體系中大量尼龍66高密度區(qū)的出現(xiàn)增加了納米復合材料的剛性。對材料韌性而言，尼龍66高密度區(qū)的形成不利于材料韌性的提高，但RNS表面柔性修飾層的存在卻有助于材料韌性的改善，因此納米復合材料最終韌性的體現(xiàn)取決于二者之間的相互競爭。DNS在熔融共混過程中與尼龍66的作用并不是很強烈，二者

4、之間僅僅是通過少量氫鍵和鏈段纏繞發(fā)生相互作用，這種界面層結構顯然不利于材料拉伸強度和彈性模量的改善，但由于DNS在尼龍66基體中良好的分散性以及表面柔性修飾層的存在，它的加入?yún)s有利于材料沖擊韌性的提高。通過上述分析可以看出，RNS和DNS與尼龍66之間形成的不同界面層結構是其納米復合材料力學性能發(fā)生變化的主要原因。此外，我們還考察了不同制備工藝對納米復合材料力學性能的影響。采用二次熔融共混法能進一步提高納米復合材料的拉伸強度和剛性，但卻

5、不利于材料缺口沖擊韌性的改善；而采用母料法則導致納米復合材料整體性能的普遍降低。上述結果表明納米復合材料的力學性能還與制備工藝的選取密切相關。 在本文中，不同表面改性納米SiO<,2>/尼龍66復合材料的熔融和結晶行為以及動態(tài)熱機械性能也被研究。結果顯示，RNS和DNS的加入降低了納米復合材料的熔融和結晶溫度，同時也減小了基體中尼龍66的晶粒尺寸。二者不同的是RNS是一種非常好的形核劑，它的加入能夠加快尼龍66的結晶速率，減少半

6、結晶時間，使體系結晶活化能明顯降低，從而增加了納米復合材料的結晶度。而DNS具有較弱的異相形核能力，它的加入能夠減緩尼龍66的結晶速率，延長半結晶時間，使體系的結晶活化能較純尼龍66有所增加，最終導致納米復合材料結晶度的降低。在熱動態(tài)機械性能的研究中，RNS的加入增加了納米復合材料的儲能模量，而DNS則使納米復合材料的儲能模量略有降低，但二者都能引起納米復合材料力學損耗的增加。對玻璃化轉變溫度而言，由于二者表面結構的不同，DNS的加入降