MC尼龍-無機(jī)納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、本論文在詳細(xì)評(píng)述聚合物／無機(jī)納米復(fù)合材料和MC尼龍研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，以提高M(jìn)C尼龍的力學(xué)性能和耐熱性能為主要目標(biāo)，從MC尼龍／無機(jī)納米復(fù)合材料的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、無機(jī)納米材料的篩選、無機(jī)納米材料的制備及表征、無機(jī)納米材料的表面改性、MC尼龍／無機(jī)納米復(fù)合材料的原位分散聚合法制備及表征、MC尼龍／無機(jī)納米復(fù)合材料的原位分散聚合法制備過程的動(dòng)力學(xué)研究等方面，對(duì)MC尼龍／無機(jī)納米復(fù)合進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 1、對(duì)己內(nèi)酰胺陰離子聚合反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了詳

2、細(xì)的討論，分析了各種工藝因素對(duì)MC尼龍陰離子聚合反應(yīng)過程的影響；對(duì)無機(jī)納米粒子進(jìn)行了選擇設(shè)計(jì)，通過試驗(yàn)對(duì)無機(jī)納米材料進(jìn)行了篩選，結(jié)果表明：酸性納米氧化物和兩性納米氧化物對(duì)MC尼龍的聚合反應(yīng)過程都有阻聚作用，選定了納米CaCO<,3>，納米Al<,2>O<,3>和稀土納米氧化物等納米材料作為研究對(duì)象；設(shè)計(jì)出三種合成MC尼龍／無機(jī)納米復(fù)合材料的原位聚合工藝，并確定了最優(yōu)的合成工藝。 2、用水熱法合成了六種稀土元素(La、Nd、Sm、

3、Gd、Dy、Er)的氫氧化物納米線和氧化物納米線。用XRD、TEM和TG等現(xiàn)代分析手段對(duì)其進(jìn)行了表征，研究了水熱反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、形貌和大小的影響，確定了水熱法合成稀土氧化物納米線的最優(yōu)工藝，水熱法合成稀土氧化物納米線的最佳工藝條件為：OH<'-1>的濃度為0.1mol·L<'-1>～2mol.L<'-1>，反應(yīng)時(shí)間為4～5h，反應(yīng)溫度為230～250℃，煅燒溫度為800℃，煅燒時(shí)間為2h。 3、用超聲波．水熱偶合法合成了Al

4、OOH納米棒和．Al<,2>O<,3>納米棒，用XRD、TEM和TG等現(xiàn)代分析手段對(duì)其進(jìn)行了表征，研究了水熱反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物的物相、組成、形貌和大小的影響。結(jié)果表明：(1)碳酸銨和硝酸鋁的物質(zhì)的量之比不影響產(chǎn)物的物相，主要影響產(chǎn)物形貌、大小和產(chǎn)率；(2)反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物的形貌形響不大，主要影響產(chǎn)物的物相、組成和大??；(3)A100H在不同的溫度下煅燒可得到不同物相的納米Al<,2>O<,3>，在600℃，煅燒2h，得到γ-Al<,

5、2>O<,3>，γ-Al<,2>O<,3>的形貌與AlOOH的形貌相似，團(tuán)聚情況很少；(4)水熱法制備γ-Al<,2>O<,3>納米棒的最佳工藝條件為：碳酸銨和硝酸鋁的物質(zhì)的量之比為1～1.5，反應(yīng)時(shí)間為5h，反應(yīng)溫度為25℃，煅燒溫度為6000C，煅燒時(shí)間為2h。 4、用超聲波．偶聯(lián)劑法對(duì)稀土納米氧化物進(jìn)行表面改性，并用沉降 體積分析，紅外光譜分析和TEM分析等手段對(duì)改性效果進(jìn)行表征，研究了分散介質(zhì)、超聲時(shí)間、反應(yīng)溫度

6、、偶聯(lián)劑的種類及用量等因素對(duì)稀土納米氧化物改性效果的影響，并對(duì)改性機(jī)理進(jìn)行探討，結(jié)果表明：(1)鈦酸酯系列偶聯(lián)劑的改性效果優(yōu)于硅烷偶聯(lián)劑；(2)改性的最佳工藝條件為：分散介質(zhì)為丙酮，溫度為25℃，超聲時(shí)間為30～40min，偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZl02，其最佳用量為稀土納米氧化物質(zhì)量的6.5％；(3)稀土納米氧化物主要是通過化學(xué)吸附與鈦酸酯偶聯(lián)劑結(jié)合的。 5、首次用均勻設(shè)計(jì)法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)原位分散聚合法制備MC尼龍／碳

7、酸鈣納米復(fù)合材料的聚合工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究，確定了原位分散聚合法制備MC尼龍／碳酸鈣納米復(fù)合材料的最優(yōu)工藝條件。原位分散聚合法制備MC尼龍／碳酸鈣納米復(fù)合材料的最優(yōu)工藝條件為：納米碳酸鈣的用量為1.O％，催化劑的用量為O.15％，活化劑的用量0.36％，澆注溫度為132℃，模具溫度160℃。 6、用原位分散聚合法制備了MC尼龍／CaCO<,3>納米復(fù)合材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征，研究了納米碳酸鈣的用量對(duì)MC尼龍／稀土納米氧化

8、物的結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明：(1)用原位分散聚合法制備MC尼龍／CaCO<,3>納米復(fù)合材料是可行的，CaCO<,3>納米粒子基本上以原生粒子均勻分散到MC尼龍基體中；(2)納米CaCO<,3>對(duì)MC尼龍具有增強(qiáng)和增韌雙重效果，MC尼龍／CaCO<,3>納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度隨著納米CaCO<,3>用量的增加先增大后減小，而其斷裂伸長率隨著納米CaCO<,3>用量的增加減小。 7、首次用原位分散聚合法制備了一系

9、列MC尼龍／稀土納米氧化物(La<,2>O<,3>、Sm<,2>O<,3>、Nd<,2>O<,3>、Gd<,2>O<,3>、Dy<,2>O<,3>)復(fù)合材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：(1)用原位分散聚合法制備MC尼龍／稀土納米氧化物復(fù)合材料是可行的，稀土氧化物納米粒子均勻分散于MC尼龍基體中，團(tuán)聚情況很少；(2)稀土納米氧化物沒有改變MC尼龍的結(jié)晶形態(tài)，但使其的晶格尺寸發(fā)生了一定程度的改變；(3)MC尼龍／稀土氧化物復(fù)合材

10、料的力學(xué)性能明顯優(yōu)于MC尼龍的力學(xué)性能，稀土納米氧化物對(duì)MC尼龍同時(shí)具有增強(qiáng)和增韌雙重效果；(4)不同種類的稀土納米氧化物對(duì)MC尼龍的熱穩(wěn)定性影響不同，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性隨著稀土納米氧化物用量的增加而增大；(5)研究了稀土納米氧化物的用量對(duì)MC尼龍的結(jié)構(gòu)和性能的影響，結(jié)果表明：當(dāng)稀土納米氧化物用量小于1％時(shí)，稀土納米氧化物均勻分散于MC尼龍基體中，團(tuán)聚情況很少，當(dāng)稀土納米氧化物的用量大于1％后，團(tuán)聚情況較嚴(yán)重；復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸

11、長率、缺口沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量隨著稀土納米氧化物用量的增加都呈先升后降的趨勢(shì)；(6)對(duì)稀土納米氧化物對(duì)MC由尼龍的增強(qiáng)增韌機(jī)理進(jìn)進(jìn)行了探討，結(jié)果表明：稀土氧化物納米粒子與MC尼龍分子之間的作用力既有物理作用也存在化學(xué)鍵，稀土氧化物納米粒子在MC尼龍基體中起到物理化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)的作用，因而可顯著提高M(jìn)C尼龍的綜合性能。 8、用原位分散聚合法制備了一系列MC尼龍／Al<,2>O<,3>納米復(fù)合材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征，研

12、究了納米Al<,2>O<,3>的用量對(duì)MC尼龍／稀土納米氧化物的結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明：(1)用原位分散聚合法制備MC尼龍／Al<,2>O<,3>納米復(fù)合材料是可行的，Al<,2>O<,3>納米粒子均勻分散于MC尼龍基體中，團(tuán)聚情況很少；(2)納米Al<,2>O<,3>的加入可改善MC尼龍的力學(xué)性能，對(duì)MC尼龍具有增強(qiáng)和增韌的雙重效果；(3)納米Al<,2>O<,3>的加入使MC尼龍／Al<,2>O<,3>納米復(fù)合材料起始階段的分解

13、溫度略有降低。 9、首次用非等溫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)MC尼龍制備和MC尼龍／稀土納米復(fù)合材料制備過程的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一種測(cè)定MC尼龍制備和MC尼龍／稀土氧化物納米復(fù)合材料制備過程溫度與時(shí)間關(guān)系曲線的方法，用非等溫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方法中的微分法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用多元回歸法確定其表觀動(dòng)力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明：(1)MC尼龍和MC尼龍／稀土氧化物納米復(fù)合材料制備過程的動(dòng)力學(xué)特征基本相似，是一個(gè)并行的聚合／結(jié)晶過程；(2)稀土納米氧化物