原位表面修飾的納米SiO-,2--尼龍1010復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、本文針對納米SiO<,2>在尼龍基體中分散性問題，用兩種不同型號的原位表面修飾的納米SiO<,2>作為填料，采用熔融共混法和原位聚合法分別制備出尼龍1010納米復(fù)合材料，并用原位聚合法制備了MC尼龍6納米復(fù)合材料。對制備的幾種復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了測試和分析；探討和推測了不同表面改性的納米SiO<,2>和尼龍基體之間的作用機(jī)理；表征了納米粒子在基體中的分散情況；同時(shí)側(cè)重對熔融共混法制備的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及結(jié)晶熔融行為與熱性能進(jìn)行了詳

2、細(xì)的分析，闡明了納米SiO<,2>的不同表面修飾層對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。主要研究結(jié)果如下： 1.在熔融共混過程中，RNS納米顆粒的添加有助于提高尼龍1010的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、缺口沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率，很好地改善尼龍1010的力學(xué)性能，在一定的用量范圍內(nèi)時(shí)，對尼龍1010具有增強(qiáng)和增韌的雙重效果；而DNS納米顆粒的添加則能夠提高基體材料的缺口沖擊強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長率，但會降低材料的拉伸強(qiáng)度。而經(jīng)過原位聚合法制得的尼

3、龍1010復(fù)合材料，無論是RNS型還是DNS型納米復(fù)合材料，它們的韌性和剛性都會得到進(jìn)一步增強(qiáng)，但拉伸強(qiáng)度則變化不大。 2.為了研究納米SiO<,2>與尼龍1010基體之間的界面相互作用，我們對不同類型納米復(fù)合材料進(jìn)行了抽提處理，并對抽提產(chǎn)物進(jìn)行了FTIR表征。結(jié)果顯示：在熔融共混過程中，RNS表面的有機(jī)官能團(tuán)能夠與尼龍1010基體發(fā)生反應(yīng)，形成一種基于共價(jià)鍵和氫鍵連接的界面層結(jié)構(gòu)。而DNS不能與尼龍1010基體發(fā)生反應(yīng)，二者僅

4、通過少量的氫鍵以及物理吸附和鏈段纏繞發(fā)生作用。在納米復(fù)合材料熱穩(wěn)定性的研究中，DNS和RNS對納米復(fù)合材料熱穩(wěn)定性的影響基本相同，均可提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，只是RNS的影響要大于DNS，這種差異主要源于納米顆粒與基體之間不同的界面相互作用。 3.在熔融共混過程中DNS和RNS納米顆粒的添加對尼龍1010基體的熔融和結(jié)晶行為有不同的影響。RNS的加入提高了納米復(fù)合材料的熔融溫度，降低了復(fù)合材料的結(jié)晶溫度，對尼龍1010的結(jié)晶有一

5、定的促進(jìn)作用，使復(fù)合材料的結(jié)晶度提高；而DNS則使納米復(fù)合材料的熔融溫度降低，結(jié)晶溫度稍有提高，結(jié)晶度稍有降低。在晶體結(jié)構(gòu)方面，DNS和RNS納米顆粒的加入對尼龍1010基體的結(jié)晶形態(tài)幾乎沒有影響。 4.對原位聚合法制備的尼龍1010復(fù)合材料進(jìn)行了SEM、XRD、DSC表征，說明兩種型號的納米SiO<,2>在尼龍中均能分散均勻；納米二氧化硅的原位加入改變了尼龍1010的晶型，有利于α晶的形成，而不利于γ晶的生成；復(fù)合材料的熔融溫

6、度比未改性的純尼龍1010提高了4～5℃左右，這可能與它的結(jié)晶形態(tài)發(fā)生了變化有關(guān)；同時(shí)使尼龍1010的結(jié)晶溫度有很大的提高，比純尼龍1010大約提高了5～8℃，表明納米SiO<,2>的加入作為異相成核點(diǎn)，對尼龍1010的結(jié)晶有一定的促進(jìn)作用，使得結(jié)晶過程在較高溫度就能進(jìn)行，說明原位加入納米SiO<,2>對材料的熔融結(jié)晶行為影響較大。 5.原位聚合法制備了MC尼龍6/納米SiO<,2>復(fù)合材料，在本實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)加入量少時(shí)，納米S

7、iO<,2>基本不影響ε-已內(nèi)酰胺的聚合，因納米粒子表面修飾層和己內(nèi)酰胺之間存在氫鍵作用，與己內(nèi)酰胺鈉之間則存在化學(xué)鍵作用，因此可以實(shí)現(xiàn)納米粒子在體系中的均勻分散，同時(shí)與基體MC尼龍6之間存在一定的界面粘結(jié)力，使復(fù)合材料可以承受更大拉力或沖擊載荷，因而對MC尼龍具有增強(qiáng)、增韌的雙重效果。MC尼龍6及其原位納米復(fù)合材料均呈現(xiàn)典型尼龍6的α晶型衍射峰，說明納米Si<,2>的加入沒有改變尼龍6的晶型。在納米復(fù)合材料熱穩(wěn)定性的研究中，DNS和R