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《华东理工大学》 2011年
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官能化SEBS增韧尼6/蒙脱土纳米复合材料的制备与性能研究

何三雄  
【摘要】:针对尼龙6(PA6)具有缺口冲击敏感性和低温及干态下冲击强度低等缺点,本论文对其进行增韧改性研究。选用了热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS),并将其分别与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和马来酸酐(MAH)进行接枝,得到2种官能化接枝物SEBS-g-GMA和SEBS-g-MAH。然后,用官能化SEBS.以及官能化SEBS与聚碳酸酯(PC)协同对PA6进行增韧,同时以纳米有机蒙脱土(OMMT)为填料对PA6进行补强, GMA或环氧树脂(EP)为相容剂,制备了综合性能优异的高韧性工程塑料。采用XRD、SEM、TGA、DSC、FTIR、Molau实验、力学性能测试以及流变性能测试等多种测试手段,研究了官能化基团种类及接枝率、填料和相容剂的用量、以及各组分间的微交联反应体系对纳米复合材料形态、结构和性能的影响。 首先将PA6与国内工业化生产的OMMT进行熔融共混,制备了PA6/OMMT纳米复合材料。通过力学性能测试发现,当OMMT含量为4wt%时,复合材料具有较高的强度和弯曲模量,但冲击强度较纯PA6有所降低。对复合材料进行小角X射线衍射扫描以及透射电镜观察,发现OMMT已经被PA6剥离,较均匀地分散在基体中。Molau实验结果表明OMMT以胶体形式均匀地分散在甲酸溶液中,不沉降、不分相。 分别以GMA和MAH为功能单体,熔融挤出制备了官能化弹性体SEBS-g-GMA和SEBS-g-MAH,用滴定分析测定了两种接枝物的接枝率,分别为2.39%和1.2%。再分别以SEBS-g-GMA和SEBS-MAH为增韧剂、OMMT为填料,制备了尼龙6/弹性体/蒙脱土三元纳米复合材料。研究了三元纳米复合材料的力学性能、结晶性能和热稳定性以及分散相在基体中的分散状态。结果表明,三元纳米复合材料的性能介于尼龙6、尼龙6/弹性体之间,弹性体使得PA6/OMMT纳米复合材料的冲击强度提高。当弹性体含量达到约30%时,三元纳米复合材料发生脆-韧转变,在进行缺口冲击强度测试时试样已经不能完全断裂,冲击韧性大幅提高。同时复合材料的强度仍保持在纯PA6的90%以上,材料的硬度与韧性达到较好地平衡。 将SEBS-g-GMA和SEBS-g-MAH对PA6复合材料的增韧效果作比较后发现,不同的接枝物导致了分散相在基体中有不同的分散状态。在组成、加工条件相同情况下,共混体系中SEBS-g-GMA的粒径远大于SEBS-g-MAH的粒径,其增韧的效果要差。少量的OMMT使得分散相粒子尺寸减小;较多量的OMMT能阻碍弹性体与PA6基体间的界面黏结,导致粒子尺寸增大,降低了材料的冲击性能。用SEBS-g-GMA增韧制备的PA6/SEBS-g-GMA及PA6/S EBS-g-GMA/OMMT复合材料,均不能溶解于甲酸中,试样颗粒悬浮在甲酸溶液的最上方;而SEBS-g-MAH增韧制备的PA6/SEBS-g-MAH及PA6/SEBS-g-MAH/OMMT复合材料可溶于甲酸,显示的为一牛奶状的悬浮物。用3种不同接枝率的SEBS-g-MAH增韧制备的PA6/SEBS-g-MAH/OMMT复合材料中,随着MAH接枝率的增大,分散相的粒径减小,但复合材料的冲击强度基本保持不变、与MAH的接枝率大小无关.SEBS一g-GMA和SEBS-g-MAH均降低了PA6的熔融温度并且对PA6的结晶有阻碍作用。 通过两步共混加工,即先将PA6与OMMT共混后,再将挤出物与SEBS-g-MAH共混制备的三元纳米复合材料具有优异力学性能,其冲击强度比用一步加工法(即,共混组分混合后同时加入到挤出机中进行挤出)制备的复合材料的冲击强度高122%。一步共混加工时,另加入少量GMA或EP作为相容剂,所制备的纳米复合材料与两步加工制备的具有相近的力学性能,并且极大地提高了材料的断裂仲长率,得到一种高韧性的工程塑料。相容剂的加入,使得共混体系间产生了微交联反应,共混物不能完全溶解于甲酸溶液中,复合材料体系的黏度增大,提高了材料的储能模量和损耗模量。 采用弹性体SEBS-g-MAH与PC复合增韧PA6,极大地提高了材料的冲击强度;同时用EP改善PC与基体PA6间的相容性,经反应挤出制备了高韧性的新型PA6工程塑料,当EP含量为1wt%时,冲击强度达到55.61kJ/m2,断裂伸长率达到306.4%,比纯PA的分别提高了313.2%和625.2%。这种新型增韧合金具有非常出色的机械性能,蒙脱土的引入进一步提高了复合材料的拉伸和弯曲性能。随着EP用量的增加,PA6与PC的相界面变的更加模糊,复合物的拉伸强度、弯曲强度及模量逐渐增大,冲击强度先增大后略下降。PC的加入有助于提高PA6/SEBS-g-MAH共混物的耐热性,相容剂EP使得体系中各相之间的界面黏结作用增强,进一步提高了材料的热分解温度。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

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【参考文献】
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