納米復(fù)合材料的性能、分散與分形.pdf

1、本文以聚丙烯基納米碳酸鈣復(fù)合材料為研究對(duì)象，并引入分形的概念，探索納米復(fù)合材料中的難題一納米粒子的分散及其與性能的關(guān)系。研究結(jié)果表明通過改變納米粒子的用量、基體的性質(zhì)或加入第三組分，可調(diào)控納米粒子在母體中的分散和分布形態(tài)。對(duì)納米粒子的分散狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以得到分散在母體中的納米粒子的粒徑、粒子形態(tài)以及分形維數(shù)等數(shù)據(jù),從而得到能夠科學(xué)評(píng)價(jià)填料分散的一些參數(shù)。 試驗(yàn)結(jié)果表明，納米粒子用量是影響納米碳酸鈣在聚合物母體中分散、分布狀

2、態(tài)的一個(gè)關(guān)鍵因素。納米粒子用量小時(shí)，納米碳酸鈣大多以原始顆粒的形式存在；大用量時(shí)，納米碳酸鈣團(tuán)聚嚴(yán)重，分布不均，分散較差，粒子在粒徑上出現(xiàn)了明顯的兩極分化。 納米粒子在聚合物的分布、分散具有分形特征，可以通過分形維數(shù)等具體數(shù)據(jù)來表征。分形維數(shù)D值隨納米碳酸鈣的含量的增加而變大，表明隨納米碳酸鈣含量增加，分散在PP中納米碳酸鈣顆粒的幾何形狀發(fā)生改變，即納米碳酸鈣顆粒的在周長上，越來越折疊起伏，形狀越來越復(fù)雜。 改變母體的性

3、質(zhì)，可以改善和納米碳酸鈣的相容性，改善納米碳酸鈣的分布、分散狀態(tài)，減弱納米粒子團(tuán)聚程度。對(duì)于改性聚合物體系，納米碳酸鈣顆粒的形狀較為復(fù)雜，表面較多折疊。折疊越多，意味著兩相接觸界面大。改性PP復(fù)合體系的D<,k>值大于PP體系，表明改性PP復(fù)合體系中納米碳酸鈣的粒徑較為均勻。 加入彈性體，原位形成了彈性體包裹納米碳酸鈣的復(fù)合粒子。其D值大于同樣納米碳酸鈣含量的PP復(fù)合體系與改性PP復(fù)合體系的試樣，表明三相體系中顆粒和PP接觸界面

4、最大，但粒徑的分布均勻性較低。 采用AFM和顯微鏡對(duì)納米碳酸鈣填充體系的沖擊斷面進(jìn)行觀測，并進(jìn)行分形分析。AFM結(jié)果表明，表面輪廓的分形維數(shù)值在1附近徘徊，這表明表面分形特征不明顯，而且分形維數(shù)與納米碳酸鈣的含量沒有明顯的關(guān)聯(lián)性。相對(duì)于AFM，顯微鏡可以在較大視場范圍內(nèi)觀測斷面的形態(tài)，且能在宏觀上捕獲更多的信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其結(jié)果與AFM的結(jié)果基本一致。 納米碳酸鈣復(fù)合材料的流變性質(zhì)不但直接關(guān)系到材料的加工性能，而且也關(guān)

5、系到材料的最終性能，另外通過流變性能可以了解填料的分布、分散等信息。在一定的用量范圍內(nèi)，未修飾納米碳酸鈣對(duì)PP復(fù)合體系的流動(dòng)性能影響不大，修飾納米碳酸鈣可改善復(fù)合體系的流動(dòng)性。 DSC表明加入聚丙烯的納米碳酸鈣，可以作為一種異相成核劑，提高了材料的結(jié)晶溫度，這非常有利于成型加工。加入納米碳酸鈣使復(fù)合體系的結(jié)晶焓稍大于純料，這表明加入填料并未阻礙基體的結(jié)晶，反而因?yàn)榧{米碳酸鈣作為異相成核劑，而有利于基體的結(jié)晶。 在聚丙烯中

6、加入惰性的納米碳酸鈣會(huì)有損復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度，但提高了拉伸模量。然而，對(duì)于改性PP體系，在一定范圍內(nèi)，隨著納米碳酸鈣的用量增加，拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度不降反而有一定程度的升高。 在納米碳酸鈣用量范圍內(nèi)，含彈性體的復(fù)合體系的缺口沖擊強(qiáng)度都明顯大于PP體系，這表明納米碳酸鈣的增韌作用受聚合物體系組成及其性質(zhì)的影響，即聚合物體系的韌性越好，納米碳酸鈣的增韌效果也越好。 研究復(fù)合材料的分形問題及測量分形維數(shù)，是為了了解它們