有機累托石納米復合材料的結(jié)構(gòu)與力學性能.pdf

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1、佘希鋒,等:PA6/有機累托石納米復合材料的結(jié)構(gòu)與力學性能l3PA6/有機累托石納米復合材料的結(jié)構(gòu)與力學性能木。余希鋒馬曉燕宋春瑩(西北工業(yè)大學理學院應用化學系,西安710129)摘要采用兩種自制有機累托石、兩種已商業(yè)化的有機蒙脫土分別和尼龍(PA)6經(jīng)雙螺桿擠出機熔融擠出制備PA6/有機粘土復合材料。利用射線衍射(XRD)分析了有機粘土在復合材料中的解離情況和聚合物的晶型,利用偏光顯微鏡分析了粘土對PA6結(jié)晶形貌的影響,并分析了復合材料的綜合力學性能。結(jié)果表明,四種有機粘土與PA6均可形成剝離型納米復

2、合材料,粘土有利于PA6的晶型生長,細化了PA6的球晶;不同有機粘土復合材料的拉伸強度和拉伸彈性模量都有增加,缺口沖擊強度都有下降;四種有機粘土改性復合材料性能相比,自制有機累托石對PA6力學性能的改性效果優(yōu)于兩種有機蒙脫土。關(guān)鍵詞尼龍6有機粘土納米復合材料晶型力學性能尼龍(PA)因具有優(yōu)良的物理性能及力學性能了納米復合材料,研究了四種納米復合材料的微觀而廣泛應用于機械工程、汽車零部件、紡織、電器、體結(jié)構(gòu),分析了力學性能的差異。育用品等各個領(lǐng)域。但是,作為結(jié)構(gòu)材料,人們對1實驗部分PA的強度、耐熱性、尺

3、寸穩(wěn)定性等提出更高的要求。1.1原材料所以,PA改性就成為這一領(lǐng)域的研究熱點。PA6切片:MF800,江蘇瑞美福實業(yè)(高分子聚玻璃纖維、無機填料增強PA是常用的改性方合)有限公司;法。但纖維、無機填料在添加量高的情況下才能滿有機累托石:自制,制備方法參見文獻J,采用足性能要求,較高的添加量會導致熔體流動性差、加的累托石原材料為湖北鐘祥名流累托石開發(fā)有限公工困難。自日本豐田汽車公司首次用改性蒙脫土增司生產(chǎn),陽離子交換量為90mmol/100g,根據(jù)改性強PA以來,采用天然納米硅酸鹽粘土增強改性PA劑的結(jié)構(gòu)

4、,分別將合成的有機累托石命名為的研究引起了國內(nèi)外學者的廣泛興趣j。有機改OREC1、OREC2,其中OREC2改性劑的烷基鏈較長;性納米粘土在添加量5%時就可使PA強度達到纖有機蒙脫土:美國南方粘土公司產(chǎn)的SCPX維添加量為30%時的強度。這是因為納米粘土在1137型有機蒙脫土,浙江豐虹粘土化工有限公司產(chǎn)熔融過程中可以解離成單個具有一定長徑比的無機的DK一5型有機蒙脫土(層間距為1.5nm);片層結(jié)構(gòu),分散在聚合物中的無機片層與聚合物之其它試劑:均為化學純,市售。間可形成強烈的界面作用,從而大大提高聚合

5、物強1.2儀器和設(shè)備度。國外研究表明,有機蒙脫土質(zhì)量分數(shù)僅為3.2%雙螺桿擠出機:SHJ一20型,南京杰恩特機電有時復合材料的模量與純PA6相比提高了35%左右,限公司;.拉伸強度提高了18%左右。在我國,關(guān)于有機注塑機:128MKⅢ型,香港震雄機器廠;粘土改性聚合物的研究也很多J,但工業(yè)化應用x射線衍射(XRD)儀:D/MAX一3C型,日本理的不多。這主要是因為國內(nèi)品質(zhì)優(yōu)良的蒙脫土礦較學株式會社;少,有機礦物表面性能不能滿足聚合物改性需要,粘偏光顯微鏡:XPT一7型,南京江南光電(集團)土在聚合物中不

6、能得到充分解離,改性復合材料性股份有限公司;能提高幅度不明顯。拉伸試驗機:UTM6000型,深圳三思縱橫科技累托石是具有與蒙脫土結(jié)構(gòu)相似的硅酸鹽片層股份有限公司;結(jié)構(gòu)的天然粘土,這種粘土具有較高陽離子交換量簡支梁塑料擺錘沖擊試驗機:PTM1200型,深和較大的層間距(2nm),我國已探明儲量較豐富。圳三思縱橫科技股份有限公司。針對PA的結(jié)構(gòu)特點,筆者選用自制的兩種有機累托石與PA6熔融共混,并同時選取兩種國內(nèi)外已商陜西省自然科學基金重點項目(2009JZ004)、西北工業(yè)大學創(chuàng)新基金(2010KJ020

7、4)品化的用于改性PA的有機蒙脫土作為對比,制備收稿日期:2011-07—1314工程塑料應用2011年,第39卷,第1O期1.3PA6/有機粘土納米復合材料的制備進入到硅酸鹽片層之間。由此可見四種有機硅酸鹽將PA6在真空烘箱內(nèi)于120cI=下處理12h,然粘土通過熔融共混可以解離成為納米尺寸而分散在后將其與四種有機粘土混合均勻,其中有機粘土的PA6基體中,最終形成剝離型納米復合材料。質(zhì)量分數(shù)為3%,用雙螺桿擠出機熔融擠出,并用切割機造粒。擠出機自加料段到機頭溫度依次為185、200、230、245、2

8、50、255、260、260、270qC,螺桿轉(zhuǎn)速為100r/min。制備的四種納米復合材料分別標記為:PA6/OREC1、PA6/OREC2、PA6/DK5和PA6/1137。246810為了更為確切評價粘土在納米復合材料中的作20/(。)用,分別取少量已干燥的納米復合材料粒料置于陶a__PA6:b__一PA6/OREC1:c—PA6/OREC2;d-PA6/DK5;e—PA6/1137瓷坩堝內(nèi),在馬弗爐中,900~C下焚燒45rain,

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