聚苯醚-聚酰胺6合金和復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、聚苯醚/聚酰胺(PPO/PA)合金和復(fù)合材料在共混物基礎(chǔ)理論和工程塑料制品應(yīng)用研究方面都具有重要的意義。PPO和PA在耐熱性、耐溶劑性、耐水性、尺寸穩(wěn)定性以及加工性能等方面具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性,同時(shí)作為工程塑料,都具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能。因此用PPO和PA共混制備的材料,具有熱變形溫度高、尺寸穩(wěn)定性好、耐化學(xué)性和加工性良好等優(yōu)點(diǎn),是近年來(lái)發(fā)展較快的塑料合金之一,在機(jī)械、電氣電子、汽車和家電等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
　　 簡(jiǎn)單共混的

2、PPO/PA合金由于組分相容性差,不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求,同時(shí)為滿足更高性能和更廣泛功能的使用要求,需要對(duì)其進(jìn)行各種改性,但國(guó)內(nèi)由于受原材料和國(guó)外技術(shù)壟斷的限制,對(duì)PPO與PA共混改性技術(shù)研究較少。本文以PPO/PA6為基體,對(duì)其進(jìn)行了增容、增韌、增強(qiáng)和功能化幾方面的改性,并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。
　　 由于結(jié)晶性和極性方面的差異導(dǎo)致了PPO/PA6合金在其所有配比范圍內(nèi)都是一種典型的不相容聚合物共混體系,存在嚴(yán)重的相分離,兩

3、相間缺乏足夠的界面粘接力,綜合性能較差,為了滿足實(shí)際應(yīng)用要求需要對(duì)PPO/PA6合金進(jìn)行增容改性。本文分別采用苯乙烯.馬來(lái)酸酐共聚物(SMA)和通過反應(yīng)性擠出制備的馬來(lái)酸酐化的PPO(PPO-g-MA)對(duì)PPO/PA6合金進(jìn)行了有效增容,降低了共混物分散相尺寸,使兩相間界面粘結(jié)力得到了增強(qiáng),而PPO-g-MA具有比SMA更好的增容效果。對(duì)PPO-g-MA的合成機(jī)理和增容機(jī)理研究結(jié)果表明PPO-co-PA6的生成對(duì)合金中的PPO起到了乳化

4、增容的作用。PPO-g-MA只有在適當(dāng)用量時(shí)才會(huì)起到改善。PPO/PA6合金力學(xué)性能的最佳作用。PPO/PA6合金在PPO-g-MA和SMA增容前后表現(xiàn)出了不同的相分離流變行為。采用Bousmina模型對(duì)共混體系粘彈性行為擬合結(jié)果表明乳液模型對(duì)于完全相分離且PPO含量較低的PPO/PA6合金比較適用。
　　 PPO和PA6具有較低韌性,導(dǎo)致其共混物韌性很差,在增容的基礎(chǔ)上還需對(duì)其進(jìn)行增韌改性。本文在PPO-g-MA增容的基礎(chǔ)上,

5、分別采用三種馬來(lái)酸酐化的苯乙烯基共聚物對(duì)PPO/PA6合金進(jìn)行了增韌的抗沖改性。其中馬來(lái)酸酐化的苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS-g-MA)表現(xiàn)出了最好的抗沖改性效果,能夠?qū)PO/PA6合金的Izod缺口沖擊強(qiáng)度提高到900 J/m以上,而馬來(lái)酸酐化的甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS-g-MA)在起到抗沖改性作用的同時(shí),一定程度上改善了PPO/PA6合金的加工性能,馬來(lái)酸酐化的丙烯腈一丁二烯.苯乙烯嵌段共聚

6、物(ABS-g-MA)雖然抗沖改性效果有限,但對(duì)合金其他力學(xué)性能影響很小。這些抗沖改性劑的抗沖改性效果與它們的極性、分子結(jié)構(gòu)、分散粒子大小和分布等密切相關(guān)。本文在相形態(tài)分析的基礎(chǔ)上,對(duì)共混體系的流變行為、抗沖改性的機(jī)理和斷裂行為進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
　　 增容后的PPO/PA6合金可以達(dá)到一般工程塑料的使用要求。為了滿足高抗張強(qiáng)度和高模量的工程應(yīng)用的需求,本文在PPO-g-MA增容的基礎(chǔ)上,采用表面處理的SGF增強(qiáng)了PPO/PA6

7、合金。PPO-g-MA的加入有助于SGF表面形成聚合物包覆層,從而提高SGF與聚合物基體之間的粘結(jié)力,提高了SGF增強(qiáng)PPO/PA6合金的效率,使材料的斷裂韌性和高溫下的尺寸穩(wěn)定性得到了改善。PPO/PA6合金中SGF的取向分布和保留長(zhǎng)度主要受加工成型過程中的模腔側(cè)壁以及SGF和PPO-g-MA用量的影響。使用Kelly-Tlyson模型描述了SGF對(duì)PPO/PA6合金的增強(qiáng)行為,由此得到的臨界界面剪切力結(jié)果表明PPO-g-MA的加入能

8、明顯提高SGF與聚合物基體之間的粘結(jié)力。
　　 有機(jī)/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料可以充分結(jié)合有機(jī)高分子和無(wú)機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn),引起人們的廣泛關(guān)注。本文分別研究了多面齊聚倍半硅氧烷(POSS)、納米SiO2粒子和多壁碳納米管(MWNTs)填充改性的PPO/PA6合金的結(jié)構(gòu)和性能,結(jié)果表明:環(huán)氧化POSS對(duì)PA6具有擴(kuò)鏈和交聯(lián)作用,隨著POSS含量的增大,PPO/PA6合金的相形態(tài)結(jié)構(gòu)從最初的海.島結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄈ∠虻墓策B續(xù)相結(jié)構(gòu),再轉(zhuǎn)變?yōu)橄喾?/p>

9、轉(zhuǎn)后的海-島結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)變與材料的流變行為變化和組分間的界面張力變化密切相關(guān)。復(fù)合材料為共連續(xù)相結(jié)構(gòu)時(shí),材料顯示出相對(duì)較好的力學(xué)性能。POSS的加入還能明顯提高PPO/PA6合金的耐水性和高溫加工時(shí)的熱穩(wěn)定性。納米SiO2粒子和不同表面處理的納米SiO2粒子在PPO/PA6合金中有著不同的分散性和反應(yīng)性。隨著SiO2用量增加,復(fù)合材料由海.島結(jié)構(gòu)逐漸向共連續(xù)的相形態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。SiO2粒子的加入提高了PPO/PA6共混體系的力學(xué)性能和熱穩(wěn)

10、定性。MWNTs與PA6極性相近而選擇性地分散在PA6相中。多相復(fù)合體系的導(dǎo)電性能與MWNTs的分散及用量、體系的相形態(tài)結(jié)構(gòu)和組分的流變行為密切相關(guān)。MWNTs能有效提高PPO/PA6(50/50)合金的導(dǎo)電性,當(dāng)MWNTs含量從0 phr增加到2 phr時(shí),復(fù)合材料的體積電阻率從1017Ω·cm左右迅速降至4.0×107Ω·cm左右,這可能與其形成了雙逾滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)。
　　 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處:
　　 (1)制備了

11、接枝物PPO-g-MA,通過FTIR和NMR確認(rèn)了MA接枝到PPO的部分。對(duì)PPO/PA6合金這種典型的完全相分離的共混體系在增容前后相形態(tài)結(jié)構(gòu)和流變行為的變化作了定量的分析。
　　 (2)提供了一種制備超韌PPO/PA6合金(Izod缺口沖擊強(qiáng)度大于900 J/m)的方法。定量研究了復(fù)雜多相共混體系的抗沖改性機(jī)理和斷裂韌性參數(shù)的變化,增強(qiáng)了對(duì)SEBS-g-MA抗沖改性PPO/PA6合金機(jī)理的全面認(rèn)識(shí)。
　　 (3)提供

12、了一種改善三元共混物PPO/PA6/SGF各組分間界面作用力的方法,對(duì)SGF在PPO/PA6共混物中的取向分布和長(zhǎng)度分布作了統(tǒng)計(jì)分析,并使用Kelly-Tyson模型定量研究了SGF增強(qiáng)PPO/PA6合金的機(jī)理。
　　 (4)系統(tǒng)研究了環(huán)氧化POSS對(duì)PA6的擴(kuò)鏈和交聯(lián)反應(yīng),定量分析了共混體系相結(jié)構(gòu)的變化與組分流變行為以及組分間界面張力的關(guān)系,POSS的加入改善了材料的力學(xué)性能、耐熱性和吸水性,利于該共混物的加工、儲(chǔ)存和應(yīng)用。<