尼龍6-彈性體-蒙脫土三元復合材料的制備及結構與性能研究.pdf

1、本論文以PA6樹脂為基體、EPDM和EPDM-g-MAH為彈性體以及納米蒙脫土為填料，通過熔融插層法制備了PA6/彈性體/蒙脫土三元納米復合材料。對蒙脫土和EPDM-g-MAH/EPDM兩種改性劑協同增強增韌尼龍6復合材料體系的形態(tài)結構與性能的關系進行了系統(tǒng)的研究，圍繞高性能和理論研究做了較為深入的探索和分析，為高性能尼龍復合材料的開發(fā)和應用做了理論鋪墊，除了對其結構和力學性能進行研究外，還對其流變行為、熔融和結晶行為進行了研究。主要研

2、究內容如下：
　　1.以EPDM-g-MAH/EPDM、納米蒙脫土和PA6樹脂為主要原料，制備了PA6/彈性體/蒙脫土三元納米復合材料：用廣角X射線衍射儀(WAXD)和掃描電鏡(SEM)對PA6及PA6/彈性體/蒙脫土納米復合材料結構進行了表征，當蒙脫土含量為2％時，PA6分子插層到蒙脫土片層中，當蒙脫土含量為5%時，得到了剝離型的納米復合材料；
　　對其微觀形態(tài)結構進行研究，結果表明：在蒙脫土含量少的時候，對彈性體粒徑的影

3、響不大，彈性體粒徑較小，當蒙脫土含量超過5%，蒙脫土片層進入彈性體，形成核殼結構，增加了彈性體的模量和粒徑，從而使沖擊韌性降低。隨著彈性體含量的增加，分散相粒子先減小，當彈性體含量為20%時達到最小，而當彈性體含量為25%時，分散相粒徑增大。復合材料發(fā)生脆韌轉變的臨界基體層厚度為0.22μm。
　　通過各項力學性能測試，研究發(fā)現：隨著彈性體含量的增加，PA6/彈性體/蒙脫土復合材料沖擊強度先增加后減少，彈性體含量為20%時，復合材

4、料沖擊強度為54.29KJ/m2，是尼龍6/蒙脫土沖擊強度5.29KJ/m2的10.24倍。隨彈性體含量的增加，復合材料的拉伸強度、彎曲強度逐漸降低，而復合材料斷裂伸長率卻隨彈性體含量的增加先增大后減小，在彈性體含量為20%出現最大值；隨著蒙脫土含量的增加，復合材料的沖擊強度先增大后減小，當MMT含量為2%時，材料的沖擊強度為54.29KJ/m2，是純尼龍6沖擊強度4.15KJ/m2的12.08倍。隨OMMT含量的增加，復合材料的拉伸強

5、度，彎曲強度和彎曲模量均隨之增大。斷裂伸長率隨著OMMT含量的增加先增大后減小，在OMMT含量為2%時出現了最大值。
　　2. PA6/彈性體/蒙脫土納米復合材料流變行為的研究：
　　研究發(fā)現PA6及PA6/彈性體/蒙脫土三元納米復合材料均為假塑性流體，表現為切力變稀現象，且非牛頓指數隨蒙脫土含量的增加而減小；在同一剪切速率下，PA6/彈性體/蒙脫土三元納米復合材料熔體黏度隨蒙脫土含量的增加先增大后減小，并且轉折點隨著溫度的

6、升高而前移。在同一剪切速率下，隨著彈性體含量增加，其表觀黏度依次增加，但當彈性體含量超過20%時，表觀粘度卻大大降低。EPDM的加入限制了蒙脫土內增塑作用的發(fā)揮。
　　針對有機化層狀硅酸鹽礦物含量對高聚物/層狀硅酸鹽復合材料熔體粘度的影響，首次提出“層狀海綿—蠶絲堆疊”模型。蒙脫土片層優(yōu)先分布在無規(guī)纏繞態(tài)（海綿）的大分子鏈之間，能起到限制解纏的作用；當蒙脫土含量多到一定程度，把無規(guī)纏繞態(tài)的大分子鏈之間空隙（海綿）填滿之后，蒙脫土片

7、層才會分布在解纏取向的大分子鏈（蠶絲）之間，削弱了大分子鏈間的相互纏繞，大分子鏈與蒙脫土片層之間滑移，起內增塑作用。剪切應力越大，溫度越高，解纏取向態(tài)（蠶絲）越多，無規(guī)纏繞態(tài)（海綿）越少。
　　3.對PA6及PA6/彈性體/蒙脫土納米復合材料的熔融和結晶行為的研究：
　　研究表明，納米蒙脫土在復合材料中起到了異相成核的作用，同時發(fā)現納米蒙脫土的加入使PA6基體的晶型由γ晶型變成α晶型。采用經典結晶動力學理論對PA6及PA6/

8、彈性體/蒙脫土三元納米復合材料的結晶動力學進行了研究，結果表明：Avrami方程能很好的描述PA6及PA6/彈性體/蒙脫土納米復合材料的等溫結晶動力學過程。Ozawa方程以及經過Jeziorny修正過的Avrami方程并不適合描述PA6及納米復合材料的非等溫結晶動力學過程，而Mo法能適合其非等溫結晶動力學過程的研究。在實驗的基礎上，擬合得到了PA6及其納米復合材料的各項結晶動力學參數。同時還利用Hoffmann-Lauritzen理論求