尼龍_蒙脫土納米復(fù)合材料的研究

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1、尼龍11_蒙脫土納米復(fù)合材料的研究李迎春,等:尼龍11/蒙脫土納米復(fù)合材料的研究11尼龍11/蒙脫土納米復(fù)合材料的研究李迎春??胡國(guó)勝??朱??華??周應(yīng)學(xué)(華北工學(xué)院,太原??030051)????摘要??采用熔體插層法制備了尼龍11/蒙脫土納米復(fù)合材料。研究了納米蒙脫土對(duì)尼龍11力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,在蒙脫土含量為5%時(shí),尼龍11/蒙脫土納米復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值,是純尼龍11沖擊強(qiáng)度的2.5倍;隨著蒙脫土含量的增加,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度先降低后升高,但變化幅度不大。通過(guò)電鏡觀察沖擊斷面形態(tài)發(fā)現(xiàn),蒙脫土以片狀形式均勻分散在尼龍11基體中,受沖擊時(shí)基體產(chǎn)生了屈服。關(guān)鍵詞

2、??尼龍11??納米蒙脫土??熔體插層??納米復(fù)合材料????尼龍11樹(shù)脂具有吸水率低、耐油性好、耐低溫、耐白蟻、易于加工等優(yōu)點(diǎn),是一種高性能的工程塑料,可應(yīng)用于汽車(chē)、軍械、電纜、機(jī)械、電子電氣、體育用品、食品、醫(yī)用器械等方面[1]。蒙脫土是一種由納米厚度的硅酸鹽片層構(gòu)成的粘土,片層間距為0.96~2.1nm。聚合物通過(guò)插層復(fù)合的方法進(jìn)入硅酸鹽片層之間,使片層間距增大,在隨后的復(fù)合過(guò)程中蒙脫土剝離為納米片層均勻分散到聚合物基體中,因而所得到的納米復(fù)合材料具有不同于一般復(fù)合材料的物理力學(xué)性———————————————————————————————————————————————

3、——————能。將蒙脫土通過(guò)插層復(fù)合的方法填充到尼龍11基體中,實(shí)現(xiàn)蒙脫土和尼龍11在納米尺度上的復(fù)合。由于納米小尺寸效應(yīng)和好的界面粘接,可以預(yù)期這種復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐熱性,且其阻隔性能及耐候性均有所提高,還能保持尼龍11優(yōu)良的耐油性。高性能高分子材料是當(dāng)今材料領(lǐng)域的發(fā)展方向,以前重價(jià)格、輕性能的思想正在被重優(yōu)良性能和合理價(jià)格的思想所代替,尼龍11及其復(fù)合材料符合這一發(fā)展觀念,成為重要的高分子材料之一。筆者制備了具有優(yōu)良性能的尼龍11/蒙脫土納米復(fù)合材料,并研究了其力學(xué)性能與形態(tài)結(jié)構(gòu)。1??實(shí)驗(yàn)部分1.1??主要原材料納米蒙脫土:浙江豐虹粘土化工有限公司;尼龍11:華

4、北工學(xué)院高分子研究所。1.2??儀器與設(shè)備注塑機(jī):SZ-100/80型,上海塑料機(jī)械廠;萬(wàn)能試驗(yàn)制樣機(jī):ZHY-W型,承德試驗(yàn)機(jī)總廠;平行雙螺桿混煉擠出機(jī):SHJ-36型,南京誠(chéng)盟機(jī)械有限公司;機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī):LJ-10000型,承德試驗(yàn)機(jī)[2]懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī):UJ-40型,承德試驗(yàn)機(jī)總廠;掃描電子顯微鏡(SEM):S-530型,日本日立公司。1.3??試樣制備將尼龍11在真空烘箱內(nèi)于80??連續(xù)烘8h以上,然后將其與納米蒙脫土按不同的比例混合,用雙螺桿擠出機(jī)混合造粒。擠出機(jī)自加料————————————————————————————————————————————————

5、—————段到機(jī)頭溫度依次為195、200、205、207、208、210、213、215、220??,螺桿轉(zhuǎn)速為100r/min。將擠出粒料再在真空烘箱中于80??連續(xù)烘8h以上,用注塑機(jī)注塑成試樣,注塑機(jī)的溫度自加料段到噴嘴依次為200、208、218??,沖擊試樣在萬(wàn)能試驗(yàn)制樣機(jī)上銑出缺口。1.4??性能測(cè)試懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度按GB/T1843-1989測(cè)試;拉伸性能按GB/T1040-1992測(cè)試。1.5??形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察????將標(biāo)準(zhǔn)缺口沖擊試樣斷面真空鍍金,用SEM在氮?dú)夥諊杏^察并拍照。2??結(jié)果與討論2.1??尼龍11/蒙脫土納米復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度????納米蒙脫土

6、的含量對(duì)尼龍11/蒙脫土納米復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖1。由圖1可以看出,復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨納米蒙脫土含量的增加而提高,在納米蒙脫土含量為5%左右時(shí)達(dá)到最大值,為純尼龍11的2.5倍;但隨后復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨納米蒙脫土含量的增加反而降低。????收稿日期:2004-02-1512工程塑料應(yīng)用????????????????????????????2004年,第32卷,第6期????產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是蒙脫土的含量較少時(shí),它能很好地分散在尼龍11基體中,同時(shí)納米蒙脫土與尼龍11大分子鏈端產(chǎn)生了較強(qiáng)的離子鍵相互作用,形成鏈間的化學(xué)交聯(lián)。另外,—————————————

7、————————————————————————————————————————吸附了高分子鏈的納米蒙脫土片層能起到均勻分布載荷的作用,當(dāng)受到外力時(shí),蒙脫土作為應(yīng)力集中點(diǎn)能夠產(chǎn)生銀紋并帶動(dòng)基體尼龍11屈服一起抵抗外力,從而起到增韌作用。當(dāng)納米蒙脫土含量超過(guò)5%時(shí),納米蒙脫土與尼龍11大分子鏈端產(chǎn)生的離子鍵增多,分子鏈的剛性增加,表現(xiàn)為缺口沖擊強(qiáng)度降低。[3]了尼龍11大分子的運(yùn)動(dòng),在拉伸過(guò)程中尼龍11分子不能沿拉伸方向有效地取向而變得易于斷裂。圖3??納米蒙脫土含量對(duì)復(fù)合材料斷裂