碳納米管改性PLLA-EVA不相容共混物的力學(xué)性能及其增韌機(jī)理研究.pdf

1、眾所周知，聚合物共混是當(dāng)今開發(fā)新材料的重要途徑。但是大部分聚合物均不相容，僅僅將兩種或多種聚合物簡(jiǎn)單地混合到一起仍難以滿足工業(yè)需求。近年來，人們將納米粒子引入到二元不相容共混物中，發(fā)現(xiàn)納米粒子不僅在不相容共混物中存在選擇性分布行為，還會(huì)誘導(dǎo)不相容共混物的微觀形貌發(fā)生演變，進(jìn)而影響材料最終的宏觀力學(xué)性能。常用的納米粒子有二氧化硅(Silicone dioxide，SiO2)、炭黑(Carbon black,CB)、蒙脫土(Montmori

2、llonite，MMT)和碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)等，而CNTs與其他納米粒子相比，具有長(zhǎng)徑比大、遷移速率高和“自網(wǎng)絡(luò)能力”強(qiáng)等特點(diǎn)。研究表明，將CNTs引入到某些共混體系中能夠顯著提高材料的沖擊韌性，實(shí)現(xiàn)同時(shí)增強(qiáng)增韌。但對(duì)于大部分的不相容共混體系而言，將CNTs加入其中并不能獲得很好的沖擊性能，這在一定程度上限制了CNTs的應(yīng)用。
　　為了拓展CNTs在改性不相容共混物中的應(yīng)用，本論文旨在深入探討C

3、NTs的增韌機(jī)理，首先通過傳統(tǒng)的熔融共混方法將CNTs引入到具有海島結(jié)構(gòu)的聚乳酸(Poly(L-lactide)，PLLA)/聚乙烯-醋酸乙烯酯(Poly(ethylene-co-vinyl acetate)，EVA）不相容共混物中，系統(tǒng)研究了材料的力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)及兩相相互作用之間的關(guān)系。并通過改變VA含量來調(diào)控PLLA與EVA之間的相互作用，探索了CNTs增韌二元不相容共混體系的先決條件，為CNTs在結(jié)構(gòu)復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供技術(shù)

4、指導(dǎo)。此外，通過進(jìn)一步引入反應(yīng)助劑，成功制備了超韌高分子材料，闡述了化學(xué)-物理雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的協(xié)同增韌機(jī)理。
　　通過分析研究，主要得到了如下成果:
　　(1)通過熔融共混法將CNTs引入到具有海島結(jié)構(gòu)的PLLA/EVA二元不相容共混物中，研究發(fā)現(xiàn)CNTs不僅能夠誘導(dǎo)EVA分散相的粒徑變大，還由于其界面分布狀態(tài)以及形成的物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而顯著增強(qiáng)了PLLA和EVA兩相之間的相互作用，這使得復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨CNTs含量的增加獲

5、得大幅提升。此外，結(jié)合Wu's理論可知，CNTs誘導(dǎo)的微觀形貌變化并不利于沖擊性能的提高，這消除了微觀形貌變化這一因素對(duì)沖擊性能造成的影響，進(jìn)一步驗(yàn)證了CNTs的物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可作為應(yīng)力傳遞的媒介從而避免材料內(nèi)部產(chǎn)生局部應(yīng)力集中導(dǎo)致失效的增韌機(jī)理。
　　(2)通過調(diào)控VA含量制備了一系列具有海島結(jié)構(gòu)的PLLA/EVA/CNTs共混復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)在較低VA含量(≤40 wt％)時(shí)CNTs對(duì)該體系的沖擊韌性呈現(xiàn)負(fù)面影響，而在較高VA

6、含量（≥50 wt％）時(shí)呈現(xiàn)正面影響。迸一步分析表明，CNTs分布所在的EVA相的結(jié)晶行為、PLLA與EVA兩相之間的模量比以及兩相之間的相互作用是影響CNTs能否表現(xiàn)出增韌作用的主要因素，這三點(diǎn)是CNTs增韌不相容共混物的先決條件。
　　(3)通過熔融共混法同時(shí)將過氧化二異丙苯（Dicumyl peroxide，DCP）和CNTs引入到PLLA/EVA二元不相容共混物中，研究發(fā)現(xiàn)DCP和CNTs對(duì)PLLA/EVA二元不相容共混物