尼龍6-玻璃纖維復(fù)合材料中界面粘接與分散作用的研究.pdf

1、本文研究借鑒了偶聯(lián)劑的作用機(jī)理，在尼龍6（PA6）/玻璃纖維（GF）復(fù)合材料加入了N-丁基對(duì)甲苯磺酰胺（BTSA）、N-環(huán)基對(duì)甲苯磺酰胺（CTSA）、間苯二甲酸-5-磺酸鈉（5-SSIPA），在改善復(fù)合材料界面粘接性能的同時(shí)，利用粉末填料與纖維之間的復(fù)合效應(yīng)，促進(jìn)玻璃纖維在PA6 樹(shù)脂中的均勻分散，從兩個(gè)方面同時(shí)入手，提高PA6/GF復(fù)合材料的綜合性能。 借助雙螺桿擠出機(jī)，將改性助劑：N-丁基對(duì)甲苯磺酰胺（BTSA）、N-環(huán)已基

2、對(duì)甲苯磺酰胺（CTSA）、間苯二甲酸-5-磺酸鈉（5-SSIPA）分別與PA6 共混，測(cè)試共混材料的力學(xué)性能。通過(guò)紅外光譜分析(FT-IR)及差示掃描量熱分析(DSC)，重點(diǎn)研究5-SSIPA中的極性基團(tuán)與酰胺基團(tuán)之間的相互作用，考察了5-SSIPA 加入后PA6 結(jié)晶性能的的變化。 在GF 增強(qiáng)PA6 復(fù)合材料中加入混合助劑A（5-SSIPA：BTSA=3：3）、B（5-SSIPA：CTSA=3：3），測(cè)試復(fù)合材料的靜、動(dòng)態(tài)力

3、學(xué)性能的變化，用掃描電子顯微鏡（SEM）分析復(fù)合材料的拉伸斷裂面，研究了復(fù)合材料的應(yīng)力傳遞機(jī)理，著重研究了混合助劑對(duì)界面粘接及纖維分散性的影響。 測(cè)試了改性前后PA6/GF 復(fù)合材料的玻璃化溫度（Tg）、熔點(diǎn)（Tm）及維卡軟化點(diǎn)溫度，用熱重分析（TG）研究復(fù)合材料的熱分解情況。 考察復(fù)合材料在不同環(huán)境溫度下吸水率的變化，用Fick 定律、Arrhenius 關(guān)系式研究水分在復(fù)合材料內(nèi)部的擴(kuò)散情況，測(cè)定水分?jǐn)U散系數(shù)。

4、 測(cè)試PA6 與助劑的共混材料發(fā)現(xiàn)：5-SSIPA 對(duì)PA6 力學(xué)性能的改善最明顯。當(dāng)5-SSIPA 的用量為3％時(shí)，共混材料的拉伸、彎曲性能最佳。 FT-IR 光譜分析表明：5-SSIPA 加入后，兩個(gè)羧酸基團(tuán)、一個(gè)鈉代磺基與分子鏈上的酰胺基團(tuán)形成了分子間氫鍵。變溫紅外光譜測(cè)試結(jié)果顯示：當(dāng)測(cè)試溫度升高時(shí)，5-SSIPA 與酰胺基團(tuán)形成的新分子間氫鍵具有更好的熱穩(wěn)定性。 DSC測(cè)試結(jié)果表明：加入3％的5-SSIPA可以

5、將PA6 的結(jié)晶度由27.2％提高到35.5％，結(jié)晶溫度從164.1℃提高到179.4℃，更接近熔點(diǎn)。 從復(fù)合材料拉伸斷裂面的SEM 照片可以看出： PA6/GF/A 復(fù)合材料中界面粘接性能最好，基體變得致密，GF 在基體中的分散程度得到了很好的改善。與PA6/GF 相比，PA6/GF/A 復(fù)合材料的干態(tài)拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度分別達(dá)到了109.1MPa、169.1MPa，提高的幅度分別為21.3％和40.5％，彎曲模量達(dá)到4221.

6、4 Mpa，是PA6/GF 復(fù)合材料的160.1％。 對(duì)比PA6/GF 與PA6/GF/A 的動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試（DMTA）結(jié)果發(fā)現(xiàn)：玻璃化轉(zhuǎn)變發(fā)生后，PA6/GF/A 的儲(chǔ)能模量E′明顯高于PA6/GF，損耗模量E″也略有升高，復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg 提高了14.3℃，損耗因子tanδ值明顯降低，α松弛活化能更高。同時(shí)PA6/GF 在80℃、PA6/GF/A 在110℃有明顯的α′次級(jí)轉(zhuǎn)變峰。 改性助劑A 加入后，復(fù)合

7、材料的熔點(diǎn)、結(jié)晶溫度均有提高，熔融、結(jié)晶時(shí)放熱量有所增加，結(jié)晶度也有一定程度的提高。PA6/GF/A 的維卡軟化點(diǎn)溫度從209.0℃提高到216.5℃。PA6/GF/A 的熱降解曲線斜率明顯小于PA6/GF，說(shuō)明前者的熱穩(wěn)定性要好于后者。 PA6/GF/A 在20℃、50℃、70℃下的吸水率均低于PA6/GF，且隨著測(cè)試溫度的升高，二者吸水率的差距有所增大。PA6/GF 的水分?jǐn)U散系數(shù)D0 為2.52×10-1 mm2h-1K-