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《四川大学》 2003年
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聚甲醛/弹性体/无机填料共混复合材料的形态、结构与性能研究

高小铃  
【摘要】: 聚甲醛为高结晶线形热塑性聚合物,能在较宽的温度范围内保持其所具有的力学性能、化学性能和电性能,是一种具有优良综合性能的工程塑料。但聚甲醛存在着韧性差、缺口冲击强度低、缺口敏感性大的缺陷,极大地限制了聚甲醛在各个领域中应用范围的扩大,为此,国内外对如何提高聚甲醛的冲击韧性进行了大量研究。为了更好的理解聚甲醛的增韧机理,本论文在传统弹性体TPU可大大增韧POM的基础上,以TPU和CaCO_3两种物质分别和协同增韧增强聚甲醛复合材料体系的形态结构、粒子间距、晶体尺寸与性能的关系进行了系统的研究,获取了很多有价值的信息,为高性能聚甲醛复合材料的开发和应用作了理论铺垫,主要结果如下: 1.研究了弹性体含量、增容剂等因素对POM/TPU共混体系的性能、形态以及晶体尺寸的影响,发现弹性体TPU可较好的增韧聚甲醛,但单纯用弹性体共混聚甲醛在室温下不能出现超韧行为,在体系中加入相容剂后,体系的界面作用增强,体系可出现超韧行为。相容剂加入前后体系的临界基体层厚度(L_c)各不相同,验证了TPU增韧聚甲醛的机理不符合Wu氏逾渗理论,Wu氏判据只能从一个方面POM/TPU体系的增韧现象。并且弹性体有使POM晶粒细化和破坏POM球晶规整性的作用,相容剂的加入增强了POM与TPU的界面作用,从而导致POM晶粒进一步细化,当体系的晶体尺寸小于临界值(D_c=40μm)时,体系发生脆-韧转变,这与体系和组成无关。这是首次用临界晶体尺寸理论从另一方面较好的解释了POM/弹性体的增韧现象。但是弹性体主要被排斥在POM球晶之外,不能进入POM晶格,体系仅在无定形区域有一定的相容性,且POM 高小铃:聚甲醛/弹性体/无机填料共混复合材料的…… 的结晶和熔融行为对复合材料冲击强度的变化贡献不大。 2.用碳酸钙填充复合POM,研究了CaCO3的含量、粒径对对聚甲醛的力学 性能、分散、结晶行为等的影响,揭示了影响无机填料填充复合材料韧性的主 导因素不是晶粒尺寸的减小,而是碳酸钙在基体中的分散形态及填料与基体间 的界面粘结状况,粒子在基体中分散均匀,分散尺寸小,与基体间界面粘结好 有利于材料冲击韧性的提高,因而纳米碳酸钙的增强增强作用优于微米级填料。 3.针对以往聚合物/弹性体/无机填料复合材料增韧机理研究仅局限于定性 解释,缺乏系统深入的研究和定量化分析,我们将TPU和CaCO3结合起来增韧 增强聚甲醛,研究了加工方法、组成比、填料含量及粒径、分散形态、晶体形 态和尺寸等一系列因素对复合材料性能尤其是冲击韧性的影响,发现当材料的 基体层厚度L蕊L。(0.55 pm)时,材料可发生脆韧转变,说明Wu氏理论只可 部分解释三元体系的脆韧转变现象,同时还定量的研究了三元体系的冲击强度 于球晶尺寸大小的关系,当晶体尺寸小于临界值40 pm(O攫Dc)时,材料可 发生脆韧转变,这从另一方面解释了POM三元体系的增韧行为。 .4.首次提出高结晶性聚合物的临界晶体尺寸理论,将该理论与W妞氏理论联 系起来用于材料脆韧转变的定量化研究,并将增韧机理的定量化研究从二元体 系拓宽到三元体系,对POM汀PU/CaC伪体系进行配方设计,制备得到了同时 增强增韧低成本的聚甲醛复合材料;通过比较PO加I/TPu、PoM/C aCO3和 POM汀PU/CaC03三种体系的增韧机理,发现对弹性体增韧聚合物、具有核壳结 构的弹性体和填料协同增强增强的高结晶性聚合物来说,基体层厚度和晶体尺 寸是影响材料性能的两个重要因素,临界基体层厚度理论和临界晶体尺寸理论 均可用来解释材料的增韧现象,这对制备高韧性高刚性低成本高结晶性聚合物 复合材料的研究具有指导意义,可根据实际需要来选择和设计复合材料的组成 比,为高性能、低成本的聚甲醛复合材料工业化打下了良好的基础。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TB33

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