新型熱致液晶聚酰胺與尼龍6復(fù)合材料的研究.pdf

1、尼龍6(PA6)是目前應(yīng)用最廣泛的一種工程塑料，具有較好的物理機(jī)械性能，但存在熱穩(wěn)定性低、抗裂紋擴(kuò)展能力差等缺點(diǎn)。為了改善PA6的性能，目前多采用添加增韌劑的方法，而具有增韌效果的材料通常極性較弱，所以由于熱力學(xué)的原因，增韌劑很難在極性材料PA6中形成均勻細(xì)致的分布，所以通常需要添加第三相相容劑以改善組分間相容性。但是，相容劑的添加增加生產(chǎn)成本，給加工帶來一定的難度，無法回收利用，不利于環(huán)保。另外，與PA6共混的增韌劑模量通常較低，降低

2、了PA6的力學(xué)性能。
　　 本研究在分子水平上設(shè)計(jì)，采用兩種不同長度的剛性鏈段二胺單體與相同的柔性鏈段二酸單體(PEG3)，進(jìn)行三元共聚合，合成出一系列具有穩(wěn)定液晶性的新型熱致聚酰胺液晶(N-TLCP)，1H NMR、FT-IR的測試結(jié)果證明合成了目標(biāo)結(jié)構(gòu)三聚體，DSC測試結(jié)果表明，剛性鏈段的摩爾比為1:1的N-TLCP熔點(diǎn)(Tm)為222℃，清亮點(diǎn)（Ti）為337℃，符合作為PA6與N-TLCP原位復(fù)合材料中液晶分散相的條件。

3、首次揭示了熔點(diǎn)下降的原因，一方面是因?yàn)樵诰埘０芬壕е麈溕弦霂в袀?cè)基(-CH2)的剛性基團(tuán)，破壞了分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性；另一方面，不同長度的剛性鏈段的引入，增加了酰胺官能團(tuán)位置的數(shù)量，提高了分子內(nèi)氫鍵密度，降低了形成分子間氫鍵官能團(tuán)位置數(shù)量，同時增大了分子間氫鍵的距離，使分子間氫鍵密度下降，降低了剛性單元之間錯動的難度，也起到了降低熔點(diǎn)的作用。POM和XRD結(jié)果表明，N-TLCP為向列型液晶。另外，首次通過己內(nèi)酰胺開環(huán)，與二胺、二酸( PE

4、G3)二元共聚的TLCP共縮聚合成嵌段液晶共聚物TLCP-N6， FT-IR、1H NMR、POM、DSC及XRD結(jié)果表明，TLCP-N6在較寬的溫度范圍內(nèi)只顯示向列相，共縮聚引入的長柔性鏈改變了液晶的熱力學(xué)性能。
　　 采用共溶劑法和熔融法制制備PA6與N-TLCP復(fù)合材料，對于共溶劑法制得的共混體系，隨著N-TLCP含量的增加，特性粘度提高、DSC測試共混體系中的PA6熔點(diǎn)下降、FT-IR圖譜中v(C=o)和v(NH)波數(shù)向

5、低波數(shù)位移且吸收峰變寬、SEM觀測共混物為均相體系，TGA的分析可知，N-TLCP的加入提高了復(fù)合材料熱穩(wěn)定性。復(fù)合材料中PA6的結(jié)晶溫度、結(jié)晶焓降低，結(jié)晶峰變寬，結(jié)晶速度變慢，結(jié)晶度下降。當(dāng)N-TLCP的含量在40wt％以上時，由于兩相之間的相互作用產(chǎn)生的氫鍵逐漸增強(qiáng)，完全限制了PA6的分子鏈的運(yùn)動和規(guī)整排列而發(fā)生相反轉(zhuǎn)而完全呈現(xiàn)非晶的特征。POM的結(jié)果表明，N-TLCP的加入細(xì)化了PA6的晶粒。綜合分析表明N-TLCP與PA6之間的

6、分子間氫鍵提高了N-TLCP與PA6兩相的相容性，在不添加相容劑情況下，形成了兩相相容體系。采用熔融共混的方法制備N-TLCP與PA6復(fù)合材料，扭矩、DSC、FT-IR、XRD以及SEM等綜合分析結(jié)果表明，當(dāng)N-TLCP含量為5wt％時，體系能夠表現(xiàn)較良好相容性，N-TLCP的含量過高容易發(fā)生N-TLCP相團(tuán)聚，造成相分離，降低了體系的相容性。
　　 采用機(jī)械共混制備PA6/N-TLCP復(fù)合材料，當(dāng)加入5wt％的N-TLCP時，

7、適當(dāng)密度的分子間氫鍵作用提高了PA6、N-TLCP兩相之間的相容性，不發(fā)生相分離，較純PA6拉伸強(qiáng)度增加了3.2MPa（增加了5.2％），彈性模量增加了461MPa（增加了38.3％），斷裂伸長率提高了逾280％，斷裂形貌表現(xiàn)為典型的“脆-韌”轉(zhuǎn)變。當(dāng)N-TLCP含量超過15wt％，兩相之間粘度差距較大，N-TLCP不易分散而產(chǎn)生相內(nèi)的氫鍵作用，自團(tuán)聚而造成相分離，降低了PA6/N-TLCP復(fù)合材料的力學(xué)性能，拉斷斷面為明顯的脆斷形貌。