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原位表面修饰的纳米SiO_2/尼龙1010复合材料的制备及性能研究

方秀苇

   本文针对纳米SiO_2在尼龙基体中分散性问题,用两种不同型号的原位表面修饰的纳米SiO_2作为填料,采用熔融共混法和原位聚合法分别制备出尼龙1010纳米复合材料,并用原位聚合法制备了MC尼龙6纳米复合材料。对制备的几种复合材料的力学性能进行了测试和分析;探讨和推测了不同表面改性的纳米SiO_2和尼龙基体之间的作用机理;表征了纳米粒子在基体中的分散情况;同时侧重对熔融共混法制备的复合材料的微观结构及结晶熔融行为与热性能进行了详细的分析,阐明了纳米SiO_2的不同表面修饰层对复合材料结构和性能的影响。主要研究结果如下: 1.在熔融共混过程中,RNS纳米颗粒的添加有助于提高尼龙1010的拉伸强度、弹性模量、缺口冲击强度和断裂伸长率,很好地改善尼龙1010的力学性能,在一定的用量范围内时,对尼龙1010具有增强和增韧的双重效果;而DNS纳米颗粒的添加则能够提高基体材料的缺口冲击强度、弹性模量和断裂伸长率,但会降低材料的拉伸强度。而经过原位聚合法制得的尼龙1010复合材料,无论是RNS型还是DNS型纳米复合材料,它们的韧性和刚性都会得到进一步增强,但拉伸强度则变化不大。 2.为了研究纳米SiO_2与尼龙1010基体之间的界面相互作用,我们对不同类型纳米复合材料进行了抽提处理,并对抽提产物进行了FTIR表征。结果显示:在熔融共混过程中,RNS表面的有机官能团能够与尼龙1010基体发生反应,形成一种基于共价键和氢键连接的界面层结构。而DNS不能与尼龙1010基体发生反应,二者仅通过少量的氢键以及物理吸附和链段缠绕发生作用。在纳米复合材料热稳定性的研究中,DNS和RNS对纳米复合材料热稳定性的影响基本相同,均可提高复合材料的热稳定性,只是RNS的影响要大于DNS,这种差异主要源于纳米颗粒与基体之间不同的界面相互作用。 3.在熔融共混过程中DNS和RNS纳米颗粒的添加对尼龙1010基体的熔融和结晶行为有不同的影响。RNS的加入提高了纳米复合材料的熔融温度,降低了复合材料的结晶温度,对尼龙1010的结晶有一定的促进作用,使复合材料的结晶度提高;而DNS则使纳米复合材料的熔融温度降低,结晶温度稍有提高,结晶度稍有降低。在晶体结构方面,DNS和RNS纳米颗粒的加入对尼龙1010基体的结晶形态几乎没有影响。 4.对原位聚合法制备的尼龙1010复合材料进行了SEM、XRD、DSC表征,说明两种型号的纳米SiO_2在尼龙中均能分散均匀;纳米二氧化硅的原位加入改变了尼龙1010的晶型,有利于α晶的形成,而不利于γ晶的生成;复合材料的熔融温度比未改性的纯尼龙1010提高了4~5 OC左右,这可能与它的结晶形态发生了变化有关;同时使尼龙1010的结晶温度有很大的提高,比纯尼龙1010大约提高了5~8 OC,表明纳米SiO_2的加入作为异相成核点,对尼龙1010的结晶有一定的促进作用,使得结晶过程在较高温度就能进行,说明原位加入纳米SiO_2对材料的熔融结晶行为影响较大。 5.原位聚合法制备了MC尼龙6/纳米SiO_2复合材料,在本实验条件下,当加入量少时,纳米SiO_2基本不影响ε-已内酰胺的聚合,因纳米粒子表面修饰层和己内酰胺之间存在氢键作用,与己内酰胺钠之间则存在化学键作用,因此可以实现纳米粒子在体系中的均匀分散,同时与基体MC尼龙6之间存在一定的界面粘结力,使复合材料可以承受更大拉力或冲击载荷,因而对MC尼龙具有增强、增韧的双重效果。MC尼龙6及其原位纳米复合材料均呈现典型尼龙6的α晶型衍射峰,说明纳米SiO_2的加入没有改变尼龙6的晶型。在纳米复合材料热稳定性的研究中,DNS和RNS均可大大提高复合材料的热稳定性,只是RNS的影响要大于DNS,这种差异主要源于纳米颗粒与基体之间不同的界面相互作用。……   
[关键词]:纳米SiO_2;尼龙1010;复合材料;力学性能;结晶行为
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:河南大学2008年