尼龍11-白炭黑納米復合材料的原位制備、結構及性能研究.pdf

1、尼龍11（PA11）是一種綜合性能優(yōu)異的工程塑料，其突出性能主要是吸水率低和低溫沖擊強度高，廣泛應用于汽車輸油管道和煤氣工程等方面，隨著對低成本及高力學性能要求的日趨提高，單一的尼龍11樹脂已不能完全滿足各行業(yè)的需求。納米粒子具有很多新的特性，利用它對高分子進行改性，可以得到具有特殊性能的高分子材料或使高分子材料的性能更加優(yōu)異。所以，我們選擇白炭黑這種無機納米材料作為填充材料，利用原位聚合反應制備尼龍11/白炭黑納米復合材料。
　

2、　論文第一部分以廉價的水玻璃為原料，采用硫酸液相沉淀法制備白炭黑。系統(tǒng)研究了制備過程中水玻璃濃度、反應溫度、攪拌速度、H2SO4濃度、分散劑Na2S04用量、溶劑洗滌等因素對白炭黑制備及性質(zhì)的影響，優(yōu)化制備方案，并對優(yōu)化方案下的白炭黑的結構、粒徑、表觀物理性質(zhì)進行了表征。然后以11-氨基十一酸和濕態(tài)白炭黑為主要原料，通過原位聚合的方法制備出了尼龍11/白炭黑納米復合材料，采用掃描電子顯微鏡（SEM）、紅外光譜儀（FTIR）、熱失重分析儀

3、(TGA)、毛細管流變儀、差示掃描量熱儀（DSC）和偏光顯微鏡（POM）等對尼龍11/白炭黑納米復合材料的形態(tài)結構、熱穩(wěn)定性、流變性能、結晶性能、力學性能和阻隔性能等方面進行了研究。取得的主要研究成果如下：
　　1．在水玻璃溶液中加入表面活性劑PEG6000，控制其發(fā)生沉淀反應的微環(huán)境，使得生成的沉淀顆粒被包裹起來，保持顆粒的分散性，有效地降低了顆粒的團聚。PEG6000用量為2％時，產(chǎn)品一次粒徑為20～45nm。
　　2．

4、采用“一步”法即在沉淀反應后期直接往溶液中加入硅烷偶聯(lián)劑KH570，改變納米白炭黑表面極性，使其由親水性轉變?yōu)槭杷?，從而具有與非極性的基體材料更好的相容性。試驗中發(fā)現(xiàn)在改性劑用量為2％、改性反應時間為1.5h、溶液pH值為4.76時，改性效果最好，此時產(chǎn)品的活化指數(shù)為100％，一次粒徑為20～45nm。經(jīng)XRD分析可以看出，加入PEG6000、KH570后對產(chǎn)品晶型沒有影響，產(chǎn)品還是無定形的非晶體結構。FT-IR、TG等表征進一步表明

5、表面活性劑PEG6000和硅烷偶聯(lián)劑KH570是通過化學鍵鍵合到白炭黑表面，而不是簡單的物理吸附；TEM電鏡照片顯示經(jīng)PEG6000及KH570改性后，產(chǎn)品的團聚現(xiàn)象明顯改善，改性效果明顯。
　　3．沉淀白炭黑在原位聚合過程中均勻分散于尼龍11基體中，并且與尼龍11間存在較強的相互作用；隨著白炭黑含量的增加尼龍11的特性粘度逐漸減小，同時提高了尼龍11納米復合材料的拉伸強度和彎曲強度、熱穩(wěn)定性和阻隔性能，但降低了納米復合材料的斷裂

6、伸長率和沖擊強度。
　　4．利用毛細管流變儀研究了尼龍11/白炭黑納米復合材料的流變性能。研究表明尼龍11及其納米復合材料均為假塑性流體，表現(xiàn)為切力變稀現(xiàn)象，且非牛頓指數(shù)隨白炭黑含量的增加而增大，尼龍11及其納米復合材料的粘流活化能隨剪切應力的增大而降低，說明在恒定剪切應力下其可在較寬的溫度范圍內(nèi)加工、成型。
　　5．采用DSC研究了尼龍11/白炭黑納米復合材料的結晶過程及熔融行為。研究結果表明，白炭黑在納米復合材料中起到了

7、異相成核的作用，Avrami方程能很好的描述尼龍11及其納米復合材料的等溫結晶動力學過程，而經(jīng)過Jeziorny修正過的Avrami方程及Mo法則能很好地描述非等溫結晶動力學過程；利用Hoffman-Weeks公式和Hoffmann-Lauritzen理論求得了復合材料的平衡熔點和非等溫過程的結晶活化能。
　　論文第二部分以11-氨基十一酸和改性納米白炭黑為原料，用原位聚合的方法制備出了尼龍11/改性白炭黑納米復合材料。主要研究成

8、果如下：
　　1.改性白炭黑的加入明顯提高尼龍11納米復合材料的拉伸強度、沖擊強度，與未改性白炭黑填充尼龍11納米復合材料相比，沖擊強度提高了一倍，但降低了納米復合材料的斷裂伸長率。
　　2.尼龍11/改性白炭黑納米復合材料的吸水率、吸油值研究發(fā)現(xiàn)：吸水率隨改性白炭黑含量的增加大幅度下降，說明尼龍11/改性白炭黑納米復合材料具有良好的阻隔性能。
　　3.用DSC對尼龍11及其納米復合材料等溫結晶進行了研究，發(fā)現(xiàn)隨著結晶