PP、PMMA-MMT復合材料的力學、摩擦學性能及穩(wěn)定性研究.pdf

1、聚合物/蒙脫土納米復合材料不但具有無機物的剛度、強度、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，有機聚合物的塑性、可加工性和介電性能等優(yōu)點，而且通過在納米尺度上的復合，將各自的優(yōu)勢充分體現，賦于聚合物優(yōu)異的性能，因而成為近年材料科學研究的熱點。 本文在對層狀硅酸鹽蒙脫土(MMT)的結構單元進行固體與分子經驗電子理論計算的基礎上，以典型的通用塑料聚丙烯(PP)和工程塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為基體，在優(yōu)化合成工藝的基礎上，分別采用乳液聚合法和熔

2、融插層復合法制備出剝離型PMMA/MMT和PP/MMT納米復合材料，并進行力學、摩擦學性能及在熱、腐蝕介質作用下的穩(wěn)定性研究。 通過固體與分子經驗電子理論計算，獲得蒙脫土晶體的價電子結構，證實蒙脫土晶體結構中，四面體中的Si不易被Mg、而能被AI同晶置換，八面體中的Al易被Mg同晶置換；從價電子結構層次上說明了蒙脫土三個亞層結構的高度穩(wěn)定性，即在極性介質中可以改變蒙脫土的單元片層間距，但其內的三個亞層不易分離。 ～2wt

3、％的蒙脫土以納米化單片層形式分散于PP基體中，可以提高基體的硬度和拉伸強度，抑制其在水潤滑條件下的磨粒磨損(250N載荷下，其磨損率為純PP的50％，摩擦系數為純PP的90％)，明顯減輕基體在干摩擦條件下的粘著磨損和塑性變形(150N載荷下，其磨損率為PP的30％～40％)，但改善效果也隨載荷的增加而下降。此外，熱性能研究表明，1wt％～2wt％蒙脫土的加入，還使得PP基體的初始失重溫度明顯上升。相同條件下，TJ-2型蒙脫土改善PP基體

4、摩擦磨損性能和熱性能的效果更明顯。 ～5wt％的蒙脫土分散于PMMA基體中，可以改善基體的硬度，有效減輕基體的粘著磨損(150 N載荷、干摩擦和水潤滑條件下，其磨損率分別為同條件下純PMMA的25％～35％和55％)；明顯提高基體的熱分解溫度(相對于KH-γc和TJ-2型蒙脫土而言，KH-V6型蒙脫土的加入，使PMMA基體的熱分解溫度提高最明顯，熱分解起始溫度、峰值溫度和終止溫度分別比純PMMA提高了3℃、17℃和15℃)。

5、 隨著MMT含量的增加，PMMA/MMT復合材料在硫酸介質中的腐蝕速率先下降后上升，當蒙脫土含量在2％～3％時，其片層阻隔作用使得復合材料的腐蝕速率最??；PMMA及其復合材料試樣在硫酸介質中的腐蝕速率隨腐蝕時間的延長整體呈下降趨勢。隨著腐蝕時間的延長，相對于復合材料表層腐蝕產物膜的阻隔作用而言，蒙脫土片層阻隔作用引起的復合材料的腐蝕速率下降變得不明顯：隨著硫酸濃度的增加，PMMA及其復合材料的腐蝕速率上升，MMT的阻隔作用減弱，相對

6、于TJ-2型蒙脫土而言，KH-V6型蒙脫土改善PMMA耐硫酸腐蝕的效果更明顯。在建立剝離型聚合物/蒙脫土納米復合材料逾滲模型的基礎上，對PLSN的增韌和提高耐磨性行為進行逾滲理論分析，并采用標度定律進行驗證。結果表明，MMT片層在剝離型納米復合材料中起到交聯點的作用，其增韌和提高耐磨性行為符合逾滲理論。 熱分解動力學研究表明，失重22％以前，PP/2 wt％TJ-2型蒙脫土納米復合材料的活化能大于純PP；失重率在30％～80％時

7、，PP及其復合材料熱分解反應的機理函數分別為Valensi方程(n=1/2)和Mampel Power法則，對應機理為二維擴散和冪函數法則。 在失重37％以前，PMMA/5 wt％KH-V6型蒙脫土納米復合材料的活化能高于PMMA；失重20％～80％時，PMMA和PMMA/KH-V6型蒙脫土納米復合材熱分解反應的機理函數分別為Jander方程(n=2)和G-B方程，即都屬于三維擴散機理。KH-V6型蒙脫土的加入，使PMMA的不同