顆粒填充聚酰胺-6共混復(fù)合體系強(qiáng)韌化研究

顆粒填充聚酰胺-6共混復(fù)合體系強(qiáng)韌化研究本文采用物理改性方法，以研究聚合物強(qiáng)韌化為目的，跟蹤和借鑒國內(nèi)外彈性體及無機(jī)剛性粒子增強(qiáng)增韌聚合物的最新研究成果。對(duì)以聚酰胺-6（PA-6）為基體，以無機(jī)剛性粒子和不同模量的彈性體為改性劑的共混復(fù)合體系的強(qiáng)韌化問題進(jìn)行了較深入地研究。系統(tǒng)地分析了PA-6體系的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，探討了彈性體及無機(jī)剛性粒子單獨(dú)或協(xié)同增強(qiáng)增韌聚合物的作用機(jī)制和規(guī)律。取得了以下主要成果：1．采用PLM、DSC和WAXD系統(tǒng)地研究了不同模量顆粒填充聚酰胺-6二元體系的結(jié)晶行為。顆粒的介入，不僅使PA-6材料變?yōu)閮上嘟Y(jié)構(gòu)，而且使其結(jié)晶行為發(fā)生了改變。研究表明：納米碳酸鈣（n-CaCO₃）粒子不僅具有異相成核劑作用，而且能引發(fā)PA-6產(chǎn)生新的晶型，且這種成核作用具有逾滲行為；彈性體粒子只有在界面相互作用較弱時(shí)，才能起到異相成核作用。這一研究結(jié)果尚未見報(bào)道。2．研究了無機(jī)剛性粒子填充PA-6復(fù)合體系，首次探索了基體粘度對(duì)體系性能的影響。結(jié)果表明，無機(jī)納米粒子在基體粘度較大的PA-6中易分散，不易團(tuán)聚，分散均勻程度高，增韌作用更強(qiáng)。在一定范圍內(nèi)適當(dāng)增加填充量，可更充分地誘使更多高分子的取向運(yùn)動(dòng)，使PA-6的斷裂強(qiáng)度降低而斷裂伸長率增加，有益于PA-6的韌化。復(fù)合體系的熔體為假塑性流體，其表觀粘度隨n-CaCO₃填充量的增加而增大，隨著剪切速率的增加而降低，同時(shí)，表觀粘度具有溫度依賴性，熔體粘度隨著測(cè)試溫度的提高而降低。3．首次用具有兩相結(jié)構(gòu)的不同模量的彈性體增韌改性PA-6，系統(tǒng)研究了這馮鈉:穎粒填充聚酞胺一6共混復(fù)合體系強(qiáng)韌化研究種兩相結(jié)構(gòu)彈性體粒子對(duì)PA一6共混體系結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究了界面相互作用、加工條件、彈性體模量及共混比例對(duì)以一6/彈性體共混體系形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:相疇尺寸的大小與分布很接近。低模量彈性體的增韌效果稍好。但高模量的彈性體體系，在韌性提高的同時(shí)，對(duì)屈服強(qiáng)度和模量影響很小。相容性和加工工藝對(duì)彈性體增韌共混體系性能也有影響，具有良好界面相容性的體系，彈性體的加入能大幅度提高體系沖擊強(qiáng)度，具有明顯的增韌作用。當(dāng)彈性體含量達(dá)到20%時(shí)，體系沖擊強(qiáng)度提高12倍。適當(dāng)?shù)募羟袕?qiáng)度，可以調(diào)控共混體系的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，得到的彈性體粒子相疇尺寸小、均勻程度高，易于使共混體系發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變。4.研究了CaCO。粒子與彈性體POE同時(shí)填充以一6體系的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系。目前這一研究報(bào)道較少。研究結(jié)果表明，微米級(jí)和納米級(jí)CaCO。粒子都與彈性體粒子有協(xié)同增韌作用。在無機(jī)剛性粒子含量是10%（wt）時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度有較大提高，n一CaCO。的復(fù)合體系，沖擊強(qiáng)度達(dá)到13.ZKJ/擴(kuò)，比純聚酸胺一6提高了2.5倍。n一CaCO3復(fù)合體系同時(shí)使拉伸強(qiáng)度有較大提高。但微米級(jí)碳酸鈣無增強(qiáng)作用。無機(jī)剛性粒子和彈性體對(duì)體系的拉伸模量無明顯影響。DMA分析表明，POE的加入使PA一6的次級(jí)轉(zhuǎn)變溫度Tgg降低，改善了PA一6的低溫脆性。研究還發(fā)現(xiàn)，混合方式對(duì)三元體系的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)影響較大。二步法的混合方式有利于提高材料韌性，同時(shí)使材料的強(qiáng)度提高。DMA分析表明，第三組分POE的加入，使PA一6/n一CaCO。體系的tan6峰值顯著增高，次級(jí)轉(zhuǎn)變溫度Tgg降低。說明POE可以顯著提高PA一6/n一CaCO。的韌性，改善低溫脆性。同時(shí)，POE的加入，對(duì)PA一6/n一CaCO。對(duì)體系模量影響不大。5.首次用SEM和wAXD跟蹤觀測(cè)受力形變直至斷裂過程中不同階段的相結(jié)構(gòu)演變和聚集態(tài)變化，系統(tǒng)研究了不同模量顆粒增強(qiáng)增韌PA一6形變與強(qiáng)韌化的微觀機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，顆粒填充PA一6二元體系的增韌增強(qiáng)機(jī)制是微空穴增韌與基體剪切屈服共同作用的結(jié)果。對(duì)彈性體為殼，n一CaCO。為核的軟殼硬核的三元共混復(fù)合體系，形變時(shí)，能誘發(fā)基體局部產(chǎn)生明顯的銀紋化作用，而誘發(fā)基體發(fā)生剪切屈服的作用較小，雖然同樣可以增韌PA一6材料，但不能實(shí)現(xiàn)高倍增韌?？傊趯?duì)一系列從軟到硬粒子增強(qiáng)增韌PA一6材料研究的基礎(chǔ)上，新的發(fā)現(xiàn)和結(jié)果表明