尼龍66-SiO-,2-納米復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、本文采用熔融共混法通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)制備出不同表面改性納米SiO<,2>/尼龍66復(fù)合材料，并對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試和分析。試驗(yàn)結(jié)果顯示可反應(yīng)性納米二氧化硅(RNS)的加入能夠增加納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量，但對(duì)材料缺口沖擊強(qiáng)度的影響并不明顯。而可分散性納米二氧化硅(DNS)的加入則能在保持材料剛性的情況下提高納米復(fù)合材料的缺口沖擊韌性，但同時(shí)也會(huì)對(duì)材料的拉伸性能產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。顯然，不同表面改性納米SiO<,2>的加入對(duì)材料力

2、學(xué)性能產(chǎn)生了不同的影響。為了深入分析納米復(fù)合材料制備過(guò)程中不同表面改性納米SiO<,2>與尼龍66基體之間的相互作用，我們對(duì)制備成的納米復(fù)合材料進(jìn)行了抽提處理，并對(duì)抽提產(chǎn)物進(jìn)行了熱重(TGA)，紅外(FFIR)，X射線光電子能譜(XPS)以及透射電子顯微鏡(TEM)表征。結(jié)果顯示，RNS在熔融共混過(guò)程中與尼龍66發(fā)生了強(qiáng)烈的界面相互作用，形成一種基于共價(jià)鍵和氫鍵連接的界面層結(jié)構(gòu)。這種界面層結(jié)構(gòu)的形成顯然有助于增加RNS/尼龍66的界面粘

3、接強(qiáng)度，改善二者之間的應(yīng)力傳遞，從而促進(jìn)納米復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的提高。而界面粘結(jié)強(qiáng)度的增加反過(guò)來(lái)限制了尼龍66鏈的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致納米顆粒周圍尼龍66高密度區(qū)的形成，體系中大量尼龍66高密度區(qū)的出現(xiàn)增加了納米復(fù)合材料的剛性。對(duì)材料韌性而言，尼龍66高密度區(qū)的形成不利于材料韌性的提高，但RNS表面柔性修飾層的存在卻有助于材料韌性的改善，因此納米復(fù)合材料最終韌性的體現(xiàn)取決于二者之間的相互競(jìng)爭(zhēng)。DNS在熔融共混過(guò)程中與尼龍66的作用并不是很強(qiáng)烈，二者

4、之間僅僅是通過(guò)少量氫鍵和鏈段纏繞發(fā)生相互作用，這種界面層結(jié)構(gòu)顯然不利于材料拉伸強(qiáng)度和彈性模量的改善，但由于DNS在尼龍66基體中良好的分散性以及表面柔性修飾層的存在，它的加入?yún)s有利于材料沖擊韌性的提高。通過(guò)上述分析可以看出，RNS和DNS與尼龍66之間形成的不同界面層結(jié)構(gòu)是其納米復(fù)合材料力學(xué)性能發(fā)生變化的主要原因。此外，我們還考察了不同制備工藝對(duì)納米復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。采用二次熔融共混法能進(jìn)一步提高納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和剛性，但卻

5、不利于材料缺口沖擊韌性的改善；而采用母料法則導(dǎo)致納米復(fù)合材料整體性能的普遍降低。上述結(jié)果表明納米復(fù)合材料的力學(xué)性能還與制備工藝的選取密切相關(guān)。 在本文中，不同表面改性納米SiO<,2>/尼龍66復(fù)合材料的熔融和結(jié)晶行為以及動(dòng)態(tài)熱機(jī)械性能也被研究。結(jié)果顯示，RNS和DNS的加入降低了納米復(fù)合材料的熔融和結(jié)晶溫度，同時(shí)也減小了基體中尼龍66的晶粒尺寸。二者不同的是RNS是一種非常好的形核劑，它的加入能夠加快尼龍66的結(jié)晶速率，減少半

6、結(jié)晶時(shí)間，使體系結(jié)晶活化能明顯降低，從而增加了納米復(fù)合材料的結(jié)晶度。而DNS具有較弱的異相形核能力，它的加入能夠減緩尼龍66的結(jié)晶速率，延長(zhǎng)半結(jié)晶時(shí)間，使體系的結(jié)晶活化能較純尼龍66有所增加，最終導(dǎo)致納米復(fù)合材料結(jié)晶度的降低。在熱動(dòng)態(tài)機(jī)械性能的研究中，RNS的加入增加了納米復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量，而DNS則使納米復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量略有降低，但二者都能引起納米復(fù)合材料力學(xué)損耗的增加。對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度而言，由于二者表面結(jié)構(gòu)的不同，DNS的加入降