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多相高分子材料高强超韧化机理与群子标度间相关性的研究

汪晓东  
【摘要】:本文首先建立了多相高分子体系的群子标度模型,并采用群子统计理论的方法,提出了与粒度分布相关的群子标度理论。试图揭示高分子材料高强超韧化过程中的力学性能与亚微形态间内在的、本质的规律。本研究从理论上预测了用弹性体增韧韧性高分子基体时,具有“海—岛”相形态结构的合金体系存在两类增韧机制:一类是随粒度分布均匀度提高,而合金的力学性能(缺口冲击强度和拉伸性能等)得到相应提高的体系;体系的力学性能与群子均匀度标度In(R_1·R_2)存在斜率为负值的线性关系。该体系遵循粒度分布活化能最高原则(简称最小标度原则)。另一类是随理想化粒度分布的提高,而合金的力学性能得到提高的体系;体系的力学性能与In(R_1·R_2)存在斜率为正值的线性关系。该体系遵循粒度分布活化能最低原则(简称最大标度原则)。同时还预测了上述两类增韧体系的群子标度InR_1和InR_2分别与增韧体系的断裂功、屈服功之间有线性关系。 本文在多相高分子增韧体系的群子标度理论指导下,设计了两种尼龙6增韧体系:第一种是采用由“芯—壳”型甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯共聚物(EXL2330)增韧尼龙6,并通过双酚A型环氧树脂(DGEBA)来原位反应增容的合金体系。通过对该体系的力学性能与亚微形态的研究发现,添加少量DGEBA后,通过DGEBA的环氧基刚与尼龙6端胺基的化学反应及DGEBA的羟基与EXL2330壳层PMMA的氢键作用,提高了EXL2330与尼龙6的界面粘结性和在基体中的分散性,使该合金获得超韧性能。第二种是采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)增韧尼龙6,并采用乙烯-丙烯酸共聚物(Nucrel)和乙烯-醋酸乙烯酯-丙烯酸共聚物(Elvaloy)作为增容剂的合金体系。研究发现,通过添加带丙烯酸官能团的增容剂Nucrel和Elvaloy能够提高EVA与尼龙6基体的界面粘结性,从而提高了EVA在基体中的分散性,并减小了EVA粒子的直径;使EVA增韧的尼龙6合金的缺口冲击强度获得显著的提高。研究还发现,Nucrel的丙烯酸含量比Elvaloy高,增容效果更加显著,从而对合金韧性提高幅度更为显著。 对这两种体系实验数据的理论分析表明,尼龙6/EXL2330/DGEBA合金体系属于标度最大、粒度分布活化能最低的增韧体系;尼龙6/EVA/Nucrel或Elvaloy合金体系则属于标度值最小、粒度分布活化能最高的体系。但在这两种体系中,采用第一个体系的方法对尼龙6高性能化最有效,合金的缺口冲击强度最佳值可达到1000J/M以上。第二个体系的尼龙6合金,其缺口冲击强度仅达到400J/M。同时对合金力学性能与群子标度R_1和R_2和R_1·R_2相关性的分析表明,In(R_1·R_2)与断裂功、屈服功有


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