聚酰胺6及聚酰胺6/SiO_2纳米复合材料流变力学性能研究

【摘要】： 聚酰胺6基纳米二氧化硅(SiO_2)复合材料由于其许多优异性能而备受人们的青睐,随着纳米技术和聚合物改性研究的发展,该材料已经成为当今高分子材料改性和研究的热点之一,但目前主要是对其进行物理和化学表征,而力学性能研究相对较少。聚酰胺6基纳米复合材料具有典型的粘弹性性质,对时间和温度有较强的依赖性,特别是在时间、温度、结晶度、加载速率和应力大小等因素影响下表现出不同的力学性质,本文在考虑这些不同因素影响的前提下,对聚酰胺6及聚酰胺6/SiO_2纳米复合材料的力学性质展开研究和讨论。 本文对聚酰胺6试件进行了准静态单轴拉伸实验,同时用红外热像仪监测试件在拉伸变形过程中表面的温度场变化。在不同的加载速率下研究聚酰胺6颈缩形成阶段、颈缩稳定发展阶段的应力与应变的关系,同时计算了在颈缩阶段最大红外辐射温度的塑性功。得到了在准静态单轴拉伸条件下加载速率、试件表面温度场和塑性功的一些有用的结果。 半结晶聚合物与无定形聚合物在宏观力学性能上有显著的区别,结晶度情况与材料受力密切相关。本文对不同速率下颈缩试件进行结晶度测量,研究颈缩稳定区域结晶度宏观和微观力学机制。 考虑到聚酰胺6及聚酰胺6/SiO_2纳米复合材料在不同应力水平下的时间相关性,对其进行了蠕变实验研究。在微观分子理论的基础上,结合实验数据构建了聚酰胺6/SiO_2纳米复合材料在室温下的蠕变模型,并进行了分析。 为了进一步考察材料微观结构,结合宏观-微观模型对实验数据进行了分析,得到了聚酰胺6及聚酰胺6/SiO_2纳米复合材料在室温下瞬时弹性、粘弹性和粘性流动时的具体参数值。从微观结构分析了纳米粒子的加入对材料力学行为的影响,计算了聚酰胺6及聚酰胺6/SiO_2纳米复合材料在一定蠕变应力下激活能体积。并且考察了作用于试件上的应力对分子链的势能垒与激活能体积关系,同时注意到纳米粒子对基体分子链势能垒有不同程度的影响。 本文旨在通过宏观-微观实验的力学性能研究,希望找到预测和改善宏观-微观的力学性能方法,为该材料的进一步化学改性和工程应用提供力学依据。