尼龍6-玻璃纖維復合材料中界面粘接與分散作用的研究.pdf

1、本文研究借鑒了偶聯(lián)劑的作用機理，在尼龍6（PA6）/玻璃纖維（GF）復合材料加入了N-丁基對甲苯磺酰胺（BTSA）、N-環(huán)基對甲苯磺酰胺（CTSA）、間苯二甲酸-5-磺酸鈉（5-SSIPA），在改善復合材料界面粘接性能的同時，利用粉末填料與纖維之間的復合效應，促進玻璃纖維在PA6 樹脂中的均勻分散，從兩個方面同時入手，提高PA6/GF復合材料的綜合性能。 借助雙螺桿擠出機，將改性助劑：N-丁基對甲苯磺酰胺（BTSA）、N-環(huán)已基

2、對甲苯磺酰胺（CTSA）、間苯二甲酸-5-磺酸鈉（5-SSIPA）分別與PA6 共混，測試共混材料的力學性能。通過紅外光譜分析(FT-IR)及差示掃描量熱分析(DSC)，重點研究5-SSIPA中的極性基團與酰胺基團之間的相互作用，考察了5-SSIPA 加入后PA6 結晶性能的的變化。 在GF 增強PA6 復合材料中加入混合助劑A（5-SSIPA：BTSA=3：3）、B（5-SSIPA：CTSA=3：3），測試復合材料的靜、動態(tài)力

3、學性能的變化，用掃描電子顯微鏡（SEM）分析復合材料的拉伸斷裂面，研究了復合材料的應力傳遞機理，著重研究了混合助劑對界面粘接及纖維分散性的影響。 測試了改性前后PA6/GF 復合材料的玻璃化溫度（Tg）、熔點（Tm）及維卡軟化點溫度，用熱重分析（TG）研究復合材料的熱分解情況。 考察復合材料在不同環(huán)境溫度下吸水率的變化，用Fick 定律、Arrhenius 關系式研究水分在復合材料內(nèi)部的擴散情況，測定水分擴散系數(shù)。

4、 測試PA6 與助劑的共混材料發(fā)現(xiàn)：5-SSIPA 對PA6 力學性能的改善最明顯。當5-SSIPA 的用量為3％時，共混材料的拉伸、彎曲性能最佳。 FT-IR 光譜分析表明：5-SSIPA 加入后，兩個羧酸基團、一個鈉代磺基與分子鏈上的酰胺基團形成了分子間氫鍵。變溫紅外光譜測試結果顯示：當測試溫度升高時，5-SSIPA 與酰胺基團形成的新分子間氫鍵具有更好的熱穩(wěn)定性。 DSC測試結果表明：加入3％的5-SSIPA可以

5、將PA6 的結晶度由27.2％提高到35.5％，結晶溫度從164.1℃提高到179.4℃，更接近熔點。 從復合材料拉伸斷裂面的SEM 照片可以看出： PA6/GF/A 復合材料中界面粘接性能最好，基體變得致密，GF 在基體中的分散程度得到了很好的改善。與PA6/GF 相比，PA6/GF/A 復合材料的干態(tài)拉伸強度、彎曲強度分別達到了109.1MPa、169.1MPa，提高的幅度分別為21.3％和40.5％，彎曲模量達到4221.

6、4 Mpa，是PA6/GF 復合材料的160.1％。 對比PA6/GF 與PA6/GF/A 的動態(tài)力學測試（DMTA）結果發(fā)現(xiàn)：玻璃化轉(zhuǎn)變發(fā)生后，PA6/GF/A 的儲能模量E′明顯高于PA6/GF，損耗模量E″也略有升高，復合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg 提高了14.3℃，損耗因子tanδ值明顯降低，α松弛活化能更高。同時PA6/GF 在80℃、PA6/GF/A 在110℃有明顯的α′次級轉(zhuǎn)變峰。 改性助劑A 加入后，復合

7、材料的熔點、結晶溫度均有提高，熔融、結晶時放熱量有所增加，結晶度也有一定程度的提高。PA6/GF/A 的維卡軟化點溫度從209.0℃提高到216.5℃。PA6/GF/A 的熱降解曲線斜率明顯小于PA6/GF，說明前者的熱穩(wěn)定性要好于后者。 PA6/GF/A 在20℃、50℃、70℃下的吸水率均低于PA6/GF，且隨著測試溫度的升高，二者吸水率的差距有所增大。PA6/GF 的水分擴散系數(shù)D0 為2.52×10-1 mm2h-1K-