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《华南理工大学》 2011年
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聚氯乙烯/埃洛石纳米管纳米复合材料的结构与性能

刘聪  
【摘要】:本论文将具有天然纳米管结构的埃洛石纳米管(Halloysite nanobutes, HNTs)应用于热塑性塑料聚氯乙烯(Poly(vinyl chloride), PVC),通过熔融共混和原位聚合两种方法制备了性能优良的PVC/HNTs纳米复合材料,系统深入地研究了纳米复合材料的制备、结构与性能,详细研究了HNTs的表面改性对HNTs与PVC的界面结合和复合材料结构与性能的影响。具体研究工作,主要包括以下五个方面: (1)将未经改性的HNTs应用于PVC,通过熔融混炼法制备PVC/HNTs纳米复合材料。结果表明,未经改性的HNTs能够通过传统的成型加工工艺较为均匀地分散在PVC基体中,对PVC同时产生增韧和增强作用,特别是韧性有大幅度的提高。HNTs中的Si-O与PVC中(CHCl)的α-H之间能够形成界面氢键作用。HNTs的加入明显改变了PVC材料的断面形貌,均匀分散的HNTs导致了基体的塑性变形,呈现出韧性断裂特征。其增韧机理主要是通过形成空穴增韧。 (2)研究了未经改性的HNTs对PVC/HNTs纳米复合材料热性能与阻燃抑烟性能的影响。HNTs的加入能够提高PVC/HNTs纳米复合材料的维卡软化温度和热变形温度。动态热降解动力学研究结果表明,PVC/HNTs纳米复合材料的热分解表观活化能随着HNTs的增加而增加,说明HNTs的加入提高了复合材料的热稳定性。采用锥形量热仪、建材烟密度测试以及氧指数测试评价了材料的阻燃抑烟性能,结果表明, HNTs的加入显著地降低了材料的生烟速率、总烟量和热释放速率峰值,并提高了材料的氧指数值,表现出一定的阻燃抑烟效果。 (3)为了提高HNTs与PVC的界面结合,采用γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPS)对HNTs的表面进行改性,研究了改性HNTs(m-HNTs)对复合材料结构与性能的影响。HNTs的表面改性能够增加HNTs与PVC间的相容性,m-HNTs更加均匀地分散于PVC基体中,并且被很好地包埋在PVC基体中,脱粘的纳米粒子显著减少。m-HNTs对PVC/m-HNTs纳米复合材料同时起到了增韧、增强的作用,相对于添加未改性的HNTs,PVC/m-HNTs纳米复合材料具有更高的力学性能。m-HNTs对复合材料热性能和加工性能的提高也有较好的效果。PVC/m-HNTs纳米复合材料的平衡转矩稍有降低,加工性能稍优于PVC。 (4)通过在HNTs表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),制备了PMMA接枝改性的埃洛石纳米管(HNTs-g-PMMA),并详细研究了PVC/HNTs-g-PMMA纳米复合材料的力学性能、热性能、微观结构及增韧增强的机理。由于PMMA与PVC良好的相容性及高分子链间相互缠结的特点,提高了HNTs与PVC的相容性。HNTs-g-PMMA在PVC基体中分散均匀,并且有很好的取向。HNTs-g-PMMA可以显著提高PVC纳米复合材料的韧性、强度和模量。PVC/HNTs-g-PMMA纳米复合材料的冲击断面凹凸不平,特别是在HNTs粒子周围,基体发生了显著的塑性变形,消耗了大量的冲击能,从而提高了韧性。同时,HNTs在两断层间之间的桥连作用也提高了材料的韧性。HNTs-g-PMMA对提高PVC复合材料热稳定性也起到了一定的效果,提高了复合材料的玻璃化转变温度,初始分解温度以及最大降解速率温度。 (5)采用原位悬浮聚合的方法制备PVC/HNTs纳米复合材料。在PVC大分子生成的过程中,使纳米粒子分散到PVC分子内部,以期获得增韧效果更加显著的PVC/HNTs纳米复合材料。随着HNTs加入量的增加,树脂粒径显著减小,粘数减小,外形变得规整,圆形度提高,表观密度增加,吸油率下降。将树脂通过熔融加工的方法得到PVC/HNTs纳米复合材料,发现HNTs均匀分散于基体中。与PVC相比,PVC/HNTs纳米复合材料的冲击强度得到显著提高,耐热性有一定的改善,并且有较好的加工性能。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

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【引证文献】
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