納米蒙脫土母料對(duì)PA6力學(xué)性能的影響.

1、納米蒙脫土母料對(duì)PA6力學(xué)性能的影響聚酰胺6（PA6是工程塑料中開發(fā)最早的品種，目前在聚酰胺類產(chǎn)品中產(chǎn)量最 大。與其他工程塑料相比,PA6具有力學(xué)強(qiáng)度高韌性好,電氣性能良好，耐磨性、耐疲 勞性、抗震性、耐油性好等優(yōu)點(diǎn)，但也存在耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿性差，干態(tài)和低溫沖擊強(qiáng)度低, 吸水率大,尺寸穩(wěn)定性差，容易燃燒，熱變形溫度低等缺點(diǎn)。納米材料具有體積效應(yīng)、 表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，對(duì)塑料的改性效果非常顯著。納米蒙脫土（MMT在 塑料中的應(yīng)用，已取得較好的效果。但是，納米材料大多是超細(xì)粉體材料且在高分子 材料中的用量較少，很難均勻地加入到高分子材料中，而母料的應(yīng)用是解決這一問題 的有效方法。使用納米母料可以

2、簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝過程,提高生產(chǎn)效率及制品性能。本 實(shí)驗(yàn)將納米MMT制備成母料,加入到PA6中對(duì)其進(jìn)行改性。1實(shí)驗(yàn)部分1原料PA6,工業(yè)品、無(wú)錫長(zhǎng)安高分子材料有限公司；納米MMT,工業(yè)品，浙江豐虹黏土化工有限公司；聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA,CM-207,奇美實(shí)業(yè)股份有限公司；乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA, 14-2,北京有機(jī)化工廠；高密度聚乙烯（HDPE,7000S,揚(yáng)子石化股份有限公司；低密度聚乙烯（LDPE J5019,曰本宇部興產(chǎn)株式會(huì)社；十六烷基三甲基漠化胺（CTAB,工業(yè)品，金壇西南化工研究所。1.2儀器與設(shè)備雙輾筒煉塑機(jī).SK-160B,上海橡膠機(jī)械廠;電熱密閉干燥箱,150、上海市第

3、二五金廠;雙螺桿擠出機(jī),TE-34,南京化工機(jī)械研究所；注塑機(jī),WG-80,無(wú)錫格藍(lán)機(jī)械有限公司；電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),CM75503,深圳市新三思實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；實(shí)驗(yàn)室用膠體磨丄50,上海諾尼輕工機(jī)械有限公司；懸臂梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)JZODUJ-4,中國(guó)承德實(shí)驗(yàn)機(jī)廠。1.3制備母料的工藝路線要使納米MMT在塑料改性中取得理想的效果，必須對(duì)其進(jìn)行有機(jī)化處理，使其 表面由親水性變?yōu)樵魉栽偻ㄟ^適當(dāng)?shù)墓に囍瞥赡噶稀?.4用KH560對(duì)納米MMT有機(jī)化處理在500ml工業(yè)酒精中加入3ml的KH560,混合，再加150g納米MMT,混合，靜置 24h后制漿。1.5用甲基丙烯酸甲酯（MMA對(duì)納米MMT有機(jī)化處理M

4、MA的預(yù)處理:先將50ml 10% NaOH溶液加入到100ml的MMA中，振蕩，混合 5min,將MMA中阻聚劑除去;用分液漏斗將NaOH溶液和MMA兩種液體分離;在 100ml的MMA中放入大約5g的CaC12,混合5min,將MMA中的微量水分除去備 用。用兩種不同的方法對(duì)納米MMT進(jìn)行有機(jī)化處理：其一，將MMA和引發(fā)劑過氧化二苯甲酰（BPO溶解在1,2-二氯乙烷（DCE溶劑 中進(jìn)行溶液聚合，將這種聚合液和一定量的納米MMT混合,制漿。其二將MMA和BPO先進(jìn)行本體聚合.再將這種預(yù)聚體溶解在DCE中進(jìn)行溶 液聚合，這種方法制得的聚合液中的PMMA的相對(duì)分子質(zhì)量較高然后將聚合液和 一定量的

5、納米MMT混合,制漿。1.6用CTAB對(duì)納米MMT有機(jī)化處理量取750ml的蒸鐳水,再稱量7.5g的CTAB,倒入圓底燒瓶中加蒸鐳水均勻混合 5min.再稱量75g的MMT,倒入該燒瓶中，浸泡72h以上;并經(jīng)常搖動(dòng)。1.7測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)拉伸性能測(cè)試按照GBT1040-1992進(jìn)行，拉伸速率為20mm/min,測(cè)試溫度為 25C;沖擊性能測(cè)試按照GB843-1996進(jìn)行。2結(jié)果與討論2母料載體樹脂對(duì)復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響用HDPE、LDPE、改性HDPE（用過氧化二異丙苯和順丁烯二酸酊改性、 EVA、PMMA五種不同的載體樹脂制成納米MMT母料,PA6/母料=90/10,混合后注 塑成樣條編導(dǎo)為OD1

6、、OA1、OF1、OC1和OG1,測(cè)得沖擊強(qiáng)度數(shù)據(jù)見圖1（略。HDPE與LDPE均是非極性聚合物，而PA6是極性聚合物，其相容性比較差，因此 復(fù)合材料OD1的沖擊強(qiáng)度較低;又由于LDPE的流動(dòng)性比較好，使得納米MMT分散 比較均勻，所以相比較HDPE而言,OA1的沖擊強(qiáng)度又相對(duì)高一些。改性后的HDPE 屬于極性聚合物，與PA6的相容性好。從圖1可以看出用改性HDPE作為母料載體, 其復(fù)合材料OF1的沖擊強(qiáng)度有了一定的提高。在EVA分子鏈的側(cè)基上含有酯基，與 PA6中的酰胺基團(tuán)有很好的相容性,所以復(fù)合材料OC1的沖擊強(qiáng)度有明顯提高同 樣,PMMA分子鏈中也有酯基所以與PA6中的酰胺基團(tuán)也有很好的

7、相容性，復(fù)合材料OG1 沖擊強(qiáng)度也有一定提高。沖擊強(qiáng)度提高的原因是PA6復(fù)合材料的結(jié)晶度提高所 致。納米MMT的加入可明顯提高PA6的基體結(jié)晶速率。納米MMT在PA6結(jié)晶 過程中起到了異相成核作用。2.2有機(jī)化處理方式對(duì)復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響用偶聯(lián)劑KH560、MMA以及CTAB對(duì)納米MMT進(jìn)行有機(jī)化處理，用LDPE 作為載體樹月旨制成母料，再用這些母料與PA6制成復(fù)合材料，編號(hào)為A9、OC2、OF2; 將未作表面處理的納米MMT所制得的母料制成的PA6復(fù)合材料編號(hào)為B2,其Izod 沖擊強(qiáng)度數(shù)據(jù)見圖2（略。經(jīng)有機(jī)化處理的納米MMT,其內(nèi)部納米級(jí)微粒的凝聚程度小,分散比較均勻，從 而使得其復(fù)合

8、材料沖擊強(qiáng)度比純PA6有所増大。而未經(jīng)過有機(jī)化處理的納米MMT. 其內(nèi)部的納米級(jí)微粒有很多凝聚在一起，分散程度不好,使得其復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度相 對(duì)于純PA6有所下降。2.3分散程度對(duì)復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響納米級(jí)微粒容易凝聚在一起產(chǎn)生團(tuán)聚體，會(huì)使得復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度有所下降： 而采用膠體磨后，可以使這些團(tuán)聚體的顆粒粒徑達(dá)到微米級(jí)或準(zhǔn)納米級(jí)，納米顆粒的 分散比沒有用膠體磨時(shí)均勻得多，從而使復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度得到提高。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見 表1 O表1采用膠體磨前后PA6復(fù)合材料Izod沖擊強(qiáng)度的數(shù)據(jù)kJ/m2 Tab.l Data of Izod impact strength of PA6 composite

9、 before and after2用膠體磨（OAl）純FA6未用膠體磨（B2）7. 9765. 7055.410之比,隨其粒徑的變小而急劇增大，表面原子的晶體場(chǎng)環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子 不同，具有很大的化學(xué)活性。晶體場(chǎng)的微?；⒒钚员砻嬖拥膲埗嗍蛊浔砻婺艽?大増加因而可以和PA6基材緊密結(jié)合，相容性比較好。當(dāng)受外力時(shí)，粒子不易與基材 脫離能較好地傳遞所承受的外應(yīng)力。同時(shí)在應(yīng)力場(chǎng)的相互作用下，材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生 更多的微裂紋和塑性變形，能引發(fā)基材屈服，消耗大量沖擊能,從而達(dá)到同時(shí)增強(qiáng)、增 韌的目的。2.4母料載體樹脂對(duì)復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響編號(hào)分別為OD1、OA1、OF1、OC1和OG1的試樣測(cè)得

10、的拉伸強(qiáng)度的結(jié)果見 圖3（略。用LDPE作為載體的母料（OA1,PA6復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度比較高。其原因是 該LDPE流動(dòng)性能比較好（MFR為50g/10mino載體樹脂本身強(qiáng)度的高低對(duì)PA6復(fù) 合材料的強(qiáng)度也有很大影響。LDPE和EVA的拉伸強(qiáng)度分別為:&78MPa和 8.45MPa，S伸強(qiáng)度相當(dāng)?shù)停凑展不炖碚?PA6復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度要下降到約 50MPa。然而，由于加入了納米MMT.測(cè)得的數(shù)據(jù)為62.0MPa,說(shuō)明納米MMT的加 入可以提高PA6復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。盡管EVA本身強(qiáng)度很低，但因其與PA6有 很好的相容性，因此，PA6復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度基本能夠保持。對(duì)于HDPE,由于其熔 體

11、黏度比較高因此使得納米材料在PA6中的分散程度比較低，并且HDPE與PA6的相容性較差，所以拉伸強(qiáng)度下降很 大。而經(jīng)過改性之后的HDPE與PA6相容性得到了改善，所以拉伸強(qiáng)度下降得少一 些。OG1拉伸強(qiáng)度較高的原因是:PMMA的拉伸強(qiáng)度已達(dá)到53.92MPa（實(shí)測(cè)值，接近PA6, 并且PMMA是極性聚合物，與PA6相容性好，有利于納米材料的分散。2.5納米MMT有機(jī)化處理方法對(duì)拉伸性能的影響編號(hào)分別為A9、B2、OC2的試樣測(cè)得的拉伸強(qiáng)度的結(jié)果如表4所示，納米 MMT沒有經(jīng)過有機(jī)化處理.直接加到PA6中去,幾乎沒有増強(qiáng)效果;而用KH560處理 過的納米MMT母料可以使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高20

12、%o拉伸強(qiáng)度提高的原因是 偶聯(lián)劑起了重要作用。納米粒子經(jīng)過偶聯(lián)劑表面改性處理后由親水性轉(zhuǎn)為親油性， 通過化學(xué)反應(yīng)或通過分子鏈相互纏繞使填料與基材(PA6之間的黏接強(qiáng)度大大提 咼。2.6分散程度對(duì)PA6復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響由于納米級(jí)微粒窖易凝聚在之起產(chǎn)生團(tuán)聚體這會(huì)使得PA6的沖擊強(qiáng)度有所下 阻而采用膠體磨后,會(huì)使得這些團(tuán)聚體有所分散從而提高復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)如表2所示。表2采用膠體磨前后PA6復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù)MPaTab.2 Data of tensile strength of PA6 composite用膠體磨(0A1)純PA6未用膠體磨(B2)62. 0055. 0656. 57膠體磨后，納米粒子分散比較均勻使得復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度有所提高。3結(jié)