沙袋結構增韌PA6-EPDM-M-nano-CaCO3三元復合材料的形態(tài)演變與增韌機理研究.pdf

1、本文以三元乙丙橡膠(EPDM)和馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠(EPDM-g-MAH)的復配共混物為彈性體(EPDM-M),納米碳酸鈣(nano-CaCO3)為無機粒子,通過兩步法混合工藝在PA6基體中構建了EPDM-M包覆nano-CaCO3團聚體的“沙袋結構”粒子,制得高韌性的PA6三元復合材料,利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、動態(tài)力學分析(DMA)等手段觀察和研究了在外力作用下“沙袋結構”粒子在基體中的形態(tài)演變,

2、并進一步探討了“沙袋結構”粒子對PA6的增韌機理。主要研究內(nèi)容和結果如下:
　　 1、通過SEM和TEM研究了拉伸速率和拉伸應變對拉伸斷面和沿拉伸方向的脆斷斷面的微觀形態(tài)的影響。結果表明,PA6/EPDM-M二元合金材料(E1)中:橡膠粒子內(nèi)部發(fā)生空穴化、橡膠粒子與基體之間發(fā)生界面脫粘；PA6/EPDM-M/nano-CaCO3(一步法)三元復合材料(E2)中:nano-CaCO3團聚體與基體之間發(fā)生界面脫粘,橡膠粒子的內(nèi)部發(fā)生

3、空穴化；PA6/EPDM-M/nano-CaCO3(兩步法)三元復合材料(E3)中:“沙袋結構”粒子內(nèi)部空穴化和“沙袋結構”粒子內(nèi)的EPDM-M與nano-CaCO3團聚體之間發(fā)生界面脫粘；而PA6/nano-CaCO3二元復合材料(E4)幾乎不產(chǎn)生空洞。結合體積應變測試結果可以得出。PA6基復合材料的體積應變關系為:E3>E2>E1>E4,即“沙袋結構”粒子能夠誘使復合材料產(chǎn)生較大的體積應變。
　　 2、研究了濕度對PA6基復

4、合材料性能與形態(tài)的影響。隨著環(huán)境中相對濕度提高,各體系吸水率與沖擊強度顯著地增大,其中PA6/EPDM-M/nano-CaCO3(一步法)三元復合材料(E2)的沖擊強度變化最明顯,從干燥態(tài)時的31.2 kJ/m2增加到相對濕度100％時的48.6 kJ/m2,提高了55.6％。利用DSC分析聚合物的結晶性能與玻璃化轉變溫度(Tg),發(fā)現(xiàn)提高相對濕度使PA6的Tg從干燥態(tài)時的52.06℃下降至相對濕度100％時的2.39℃,可見水份在PA

5、6中起到了增塑劑的作用；而相對濕度提高,PA6/EPDM-M/nano-CaCO3(兩步法)三元復合材料(E3)的Tg基本保持不變。由此可見,含“沙袋結構”有利于降低濕度對復合材料吸水率和力學性能的影響,提高復合材料的耐水性。
　　 3、建立了“沙袋結構”粒子微觀力學形變模型,并進一步利用該模型探討PA6/EPDM-M/nano-CaCO3三元復合材料中“沙袋結構”粒子的增韌機理。含沙袋結構粒子的PA6復合材料在受到外力作用發(fā)生

6、變形直至破壞,其外界作用能的耗散可以從三個方面理解:(1)應力的集中:“沙袋結構”粒子充當應力集中點；(2)拉伸形變和剪切帶的形成:EPDM-M與包覆其中的nano-CaCO3團聚體發(fā)生協(xié)同變形而導致沙袋粒子發(fā)生整體變形,在“沙袋結構”粒子周圍產(chǎn)生剪切帶；(3)空穴化并誘導剪切屈服和銀紋:接著“沙袋結構”粒子中的nano-CaCO3團聚體受到赤道方向的壓應力和兩極方向的拉應力作用,使其在兩極與EPDM-M發(fā)生界面脫粘而形成空穴,橡膠呈現(xiàn)