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LLDPE/纳米SiO_2复合材料的力学性能和光学性能研究及模量—组成关系的理论模拟

张彦奇  
【摘要】:聚烯烃是目前用量最大的一类合成树脂。由于生产成本低,易成型加工,制品具有较好的力学性能和光学性能,被广泛用于汽车、农业、包装等领域。但是,该种通用性型树脂具有强度不高、耐热性差、功能性单一等缺点,使其应用受到了一定的限制。因此,对其进行高性能化、多功能化研究具有重要的意义。本文采用熔融共混法制备了LLDPE/纳米SiO_2复合材料,系统研究了该体系的力学性能、光学性能和流变性能。研究了纳米SiO_2的表面处理方法对其在LLDPE中的分散性能以及复合材料光学性能的影响规律。为高强度、多功能农用棚膜的开发应用奠定了理论基础。 应用透射电镜和粒度分布仪研究了纳米SiO_2用量及表面处理方法对LLDPE/纳米SiO_2复合材料微观形态的影响。结果表明,随着填充量的增加,纳米SiO_2在LLDPE中的聚集程度增加。采用超声分散、硅烷偶联剂湿法表面处理,可有效地提高纳米SiO_2在LLDPE中的分散性能,70%左右的SiO_2粒子已达到纳米级分散,其粒径分布也较普通干法处理体系更加均匀。在偶联剂湿法处理过程中加入分散剂,进一步改善了纳米SiO_2的分散性能。 系统研究了LLDPE/纳米SiO_2复合材料的静态和动态力学性能。结果表明,随着纳米SiO_2含量的增加,复合材料的弹性模量显著增加,缺口冲击强度和拉伸强度呈峰形变化,且均在纳米SiO_2含量为3phr时达到最大值。复合材料的E’和E”明显高于基体,并且随着纳米SiO_2含量的增加而增大;复合材料的α松弛峰随纳米SiO_2含量的增加向低温偏移且强度降低。 应用三相扩展模型研究了颗粒填充复合材料的弹性模量,并对中间相的形成原理、厚度及模量进行了分析和计算。结果表明,随着填料含量的增加,中间相的体积分数增加但厚度减小;三相模型得到的模量— 北京化』二大学不城创七学位论文 组成关系理论方程与实验结果具有很好的一致性。 系统研究了纳米510:用量及表面处理对LLDPE/纳米510:复合材料 薄膜光学性能的影响。结果表明,少量纳米510:的加入可明显提高 LLDPE膜对7一11协m红外线和30onm以下紫外线的吸收能力;复合材 料的透过率较基体无明显改变,但雾度显著提高。相同含量时,纳米5102 经超声分散、硅烷偶联剂湿法处理后,复合材料的红外吸收率、紫外吸 收率和雾度均高于普通干法处理体系。采用偶联剂/分散剂复配对纳米 510:进行表面处理进一步改善了复合材料的光学性能。 研究了LLDPE/纳米510:复合材料的动态流变性能。结果表明,纳 米510:的加入显著降低了复合材料的熔体弹性;随着纳米510:含量的增 加,复合材料的复数粘度降低且对频率的依赖性增加,表现出异常的流 变行为。


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