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《浙江工业大学》 2014年
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“沙袋结构”增韧PA6/EPDM-M/CaCO_3三元复合材料的相形态结构及断裂行为研究

张孟欢  
【摘要】:本文采用EPDM和EPDM-MAH复配物(EPDM-M)为弹性体,nano-CaCO3为无机粒子,通过调整物料停留时间、螺杆剪切强度等工艺参数制备了含“沙袋结构”的PA6/EPDM-M/nano-CaCO3三元复合材料,研究了加工工艺、微观形态与力学性能的关系,并通过仪器化冲击试验以及单边缺口拉伸试验研究了温度对复合材料断裂能量耗散的影响,并进一步结合冲击断面研究,深入探讨了“沙袋结构”的增韧机理。主要的研究结果如下: 1、研究了加工工艺对PA6/EPDM-M/nano-CaCO3三元复合材料微观形态和力学性能的影响。结果显示加工工艺对复合材料的微观形态和冲击性能影响较大,而对拉伸、弯曲性能影响较小。其中采用PA6, EPDM-M, nano-CaCO3均从挤出机主喂料或侧喂料加入而共混的工艺制备的复合材料中,EPDM-M与nano-CaCO3团聚体各自分散在PA6基体中,材料冲击强度较低,约32kJ/m2,冲击断面出现云状剪切带,呈现半韧性断裂特征;采用将EPDM-M和nano-CaCO3制成预混料,再与PA6从挤出机主喂料加入而共混的工艺制备的复合材料中形成EPDM-M包覆纳米CaCO3团聚体的“沙袋结构”,且其尺寸小、分布均匀,该复合材料冲击强度最高,约为90kJ/m2,其冲击断面存在“空洞”及“横纹”,呈现韧性断裂特征;采用将EPDM-M和nano-CaCO3制成预混料,再与PA6从挤出机侧喂料加入而共混的工艺制备的复合材料中虽形成“沙袋结构”,但其尺寸较大,冲击强度较低,约为45kJ/m2;而将EPDM-M和nano-CaCO3制成预混料后直接与PA6注塑而制备的复合材料中分散相粒子过大且分布不均,其冲击强度最低,约14kJ/m2。 2、研究了PA6基复合材料在仪器化冲击试验及单边缺口拉伸过程中环境温度对能量耗散的影响。结果表明,相比其它复合材料,在测试温度范围内,含有“沙袋结构”的PA6/EPDM-M/nano-CaCO3三元复合材料裂纹扩展能较高,表明“沙袋结构”能够有效的抵抗裂纹的扩展,从而提高复合材料的断裂韧性。 3、研究了“沙袋结构”粒子在拉伸过程的形态演变规律。SEM结果表明,随着拉伸形变的增大,“沙袋结构”粒子的形态演变具有如下特征:(1)“沙袋结构”粒子内部nano-CaCO3团聚体发生滑移,“沙袋结构”粒子沿两极方向发生变形;(2)nano-CaCO3团聚体与EPDM-M发生脱粘,出现“界面粘连”细丝;(3)“界面粘连”细丝断裂,形成大量的空穴。 4、通过SEM研究了冲击后样品内部不同区域中“沙袋结构”粒子的相形态。结果表明,在平行于裂纹扩展方向上“沙袋结构”粒子以样品中间为对称轴发生不同角度的形变;在垂直于裂纹扩展方向,所取区域距断裂面越远,“沙袋结构”粒子的形变越小。
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TB33

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