原位聚合表面修飾納米SiO2-尼龍6雜化材料的制備與性能研究.pdf

1、選用帶有不同表面官能團(tuán)的納米SiO2，利用原位聚合的方法制備了幾種性能優(yōu)良的納米SiO2/尼龍6(PA6）雜化材料，分析了其機(jī)械性能、熱性能和熔融結(jié)晶行為；考察了納米SiO2表面修飾基團(tuán)的種類和組成以及納米SiO2的加入方式對(duì)雜化材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)不同表面修飾納米SiO2 與PA6基體間形成不同界面結(jié)構(gòu)，從而造成雜化材料性能出現(xiàn)明顯差異。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 1、在聚合反應(yīng)初期加入納米SiO2，表面含飽和有機(jī)碳鏈的納

2、米SiO2(DNS-2和DNS-3）和表面含氨基官能團(tuán)的納米SiO2(RNS-A）均能在PA6基體中良好分散，且均能在納米SiO2 較低添加量的情況下（≤1wt％）有效地改善PA6的綜合性能。TGA和FT-IR等分析表明，DNS-2和DNS-3 與PA6基體之間以氫鍵和物理方式結(jié)合，而RNS-A 與基體PA6之間以氫鍵和化學(xué)鍵方式結(jié)合，并且RNS-A 粒子和尼龍分子鏈在雜化材料體系中形成局部三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
　　 2、DNS-2、

3、DNS-3和RNS-A 都能夠增強(qiáng)增韌PA6，但三者的增強(qiáng)增韌效果有所不同。RNS-A能顯著提高PA6的缺口沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，這是由于其在雜化體系中形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所致；當(dāng)其含量為0.5wt％時(shí)，雜化材料的缺口沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大，分別比純PA6的提高45.7％和18.2％。DNS-3能夠大幅度地提高PA6的拉伸強(qiáng)度；當(dāng)其含量分別為0.2wt％和1.0wt％時(shí)，雜化材料的缺口沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大，分別比純PA6的提高12.

4、5％和34.5％。DNS-2能在不影響PA6 缺口沖擊強(qiáng)度的前提下適度提高其拉伸強(qiáng)度；當(dāng)其含量為0.4wt％時(shí)，雜化材料的缺口沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大，分別比純PA6的提高9.8％和20.7％。
　　 3、DNS-2和DNS-3 型納米SiO2 對(duì)PA6的熱穩(wěn)定性影響不大，而RNS-A 由于能夠和PA6分子鏈在體系中形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而顯著限制了PA6分子鏈的運(yùn)動(dòng)，并且大量界面化學(xué)鍵的破壞需要消耗更多的能量，從而有利于材料熱

5、穩(wěn)定性的提高。RNS-A含量為1.5wt％的雜化材料的熱分解溫度比純PA6的高10 ℃。
　　 4、DNS-2、DNS-3和RNS-A的加入對(duì)雜化材料的熔融峰溫影響不大，但都使雜化材料的熔融曲線上出現(xiàn)低溫熔融小肩峰；與此同時(shí)，DNS-2、DNS-3和RNS-A的加入均能起到異相成核劑的作用，有利于提高PA6的結(jié)晶速率、結(jié)晶峰溫和結(jié)晶度。但RNS-A與PA6基體的強(qiáng)界面作用使得PA6分子鏈的運(yùn)動(dòng)受到明顯限制，對(duì)應(yīng)雜化材料的結(jié)晶峰溫

6、和結(jié)晶度呈現(xiàn)先增后降的趨勢。
　　 5、在聚合反應(yīng)初期加入納米SiO2，通過調(diào)節(jié)納米SiO2表面飽和有機(jī)碳鏈與氨基官能團(tuán)的比例發(fā)現(xiàn)，隨著納米SiO2表面氨基數(shù)量的減少，雜化材料中納米粒子表面接枝的尼龍量也逐漸減少。其原因可能在于，隨著納米SiO2表面氨基數(shù)量的減少，參與尼龍聚合反應(yīng)的氨基數(shù)量也相應(yīng)減少。另外，隨著納米SiO2表面氨基數(shù)量的減少，對(duì)應(yīng)雜化材料的力學(xué)性能逐漸下降，雜化材料的熔融峰溫、結(jié)晶峰溫和結(jié)晶速率均呈現(xiàn)出下降的趨

7、勢。
　　 6、在聚合反應(yīng)不同時(shí)期加入RNS-A，對(duì)比RNS-A 與PA6基體的界面作用及其對(duì)雜化材料的力學(xué)性能、熔融結(jié)晶行為的影響，發(fā)現(xiàn)RNS-A 加入時(shí)間推遲后，納米粒子表面接枝的尼龍量增多。其原因可能在于，在聚合反應(yīng)后期尼龍分子鏈充分增長，與RNS-A接枝的尼龍鏈長度增加。與此同時(shí)，較長的尼龍分子鏈有利于擴(kuò)大雜化體系中三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格，從而造成雜化材料性能的差異。當(dāng)聚合反應(yīng)進(jìn)行4 h后再加入RNS-A時(shí)，對(duì)PA6 力學(xué)性