络合改性PA6复合体系的结晶性能与流变性能研究

摘要

课题组在前期工作中，采用DSC和XRD等表征手段对络合剂（CaCl2和LiCl）改性PA6的结晶行为进行了研究，但对CaCl2和LiCl使PA6结晶受限的机理知之甚少。并且当PA6结晶受限严重时，结晶热流较小，导致DSC测试误差较大。所以本文采用流变学方法研究了不同络合剂（CaCl2和LiCl）改性PA6的结晶行为和结晶受限的机理。并且进一步研究了尼龙6/弹性体/氯化钙复合材料和尼龙6/环氧树脂/氯化钙复合材料的结晶性能与流变性能。具体的研究内容如下：
　　首先研究了不同含量下CaCl2和LiCl对PA6的结晶性能与流变性能的影响，并利用红外、DSC、XRD和流变学等表征方法对其结晶行为及受限机理进行了研究，结果表明：随着CaCl2和LiCl含量的增加，PA6的成核及增长温度均向低温方向移动，成核密度和成核速率也逐渐减小。复合材料的总结晶度显著下降，γ型结晶度逐渐减低，α型结晶度呈先增加后减低的趋势，γ晶与α晶发生转变， PA6结晶受限。这主要因为一方面CaCl2和LiCl与PA6中的羰基上的氧原子发生了络合反应，破坏了使PA6易结晶的氢键。另一方面是因为CaCl2和LiCl与PA6络合后形成的缠结度更高更稳定络合物，导致链段运动的流动阻力增大，松弛困难，在PA6结晶时排入晶格困难，结晶受到限制。比较不同络合剂（CaCl2和LiCl）改性PA6后复合材料的力学性能发现，LiCl比CaCl2使PA6结晶受限更严重，力学性能提高更显著。
　　其次，本文利用 POE-g-MAH作为增韧剂来改性低熔点 PA6，研究发现：POE-g-MAH的加入对 PA6结晶熔融行为影响较小，当??POE-g-MAH?=10～15 phr时，可得到冲击强度较好，而拉伸强度下降较少的 PA6/CaCl2/POE-g-MAH复合材料。另外，本文固定了增韧剂 POE-g-MAH含量，研究了 CaCl2含量对PA6/POE-g-MAH/CaCl2复合材料结晶性能与流变性能的影响。研究表明：CaCl2与PA6的络合反应破坏了PA6中的极性酰胺基团，释放出游离的N-H，从而使得络合后的PA6极性降低，与POE-g-MAH界面张力减弱，复合体系的相容性变好，CaCl2在体系中起到了增容剂的效果。在研究 CaCl2对PA6/POE-g-MAH和PA6/POE体系增容效果时发现，当CaCl2含量较高时，增容效果显著，在一定程度上，可以利用POE代替POE-g-MAH作为增韧剂来改性低熔点尼龙。
　　最后，本文利用环氧树脂（E51）改性低熔点PA6后发现，E51与PA6分子间的氨基、羧基和酰胺基的扩链反应会限制 PA6的结晶，使得复合材料的熔点降低，结晶不完善程度增大，而当 PA6结晶受限严重时， DSC已不能表征PA6/CaCl2/E51复合材料的结晶熔融行为。在线性粘弹区，复合材料损耗模量（G’’）呈先增大后减小的趋势，当φ(E51)=3 phr时达到极值。另外，本文研究了当φ(E51)=3 phr时，CaCl2含量对PA6/E51/CaCl2复合材料流变性能的影响，研究发现：CaCl2的加入会限制E51和PA6的扩链反应，从而导致储能模量（G’）和G’’呈下降趋势，然而随着CaCl2含量的增加，CaCl2与PA6的络合反应程度增大，缠结程度增大，链段运动的流动阻力增加，随之G’和G’’增大。综合得知，利用适量的E51和CaCl2对PA6进行改性，可以有效的降低PA6的熔点，并提高复合材料的力学性能与流变性能，当E51含量为3 phr，CaCl2含量为6 phr时可以制备熔点较低、力学性能和流变性能较好的复合材料。
　　综合得知，流变学方法可以较好的反映 PA6在结晶受限时的结晶行为，它比DSC更准确和敏感。另外，在研究多相体系微观结构的演化和PA6结晶受限机理时，它不失为一个较有效的方法。

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中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1选题背景

1.2 尼龙6（Nylon 6）简介

1.3 聚酰胺的络合改性研究进展

1.4动态流变学研究理论

1.5 本文的研究内容及目的

第二章：实验部分

2.1 实验原料与实验设备

2.2 试样的制备

2.3 测试与表征

第三章 不同络合剂改性尼龙6的结晶性能与流变性能

3.1CaCl2含量对PA6/CaCl2复合材料结晶与流变性能的影响

3.2 LiCl含量对PA6/LiCl复合材料结晶与流变性能的影响

3.3小结

第四章 尼龙6/弹性体/氯化钙复合材料的结晶性能与流变性能

4.1 POE-g-MAH含量对PA6/CaCl2/POE-g-MAH复合材料结晶与流变性能的影响

4.2 CaCl2含量对PA6/POE-g-MAH/CaCl2复合材料结晶性能与流变性能的影响

4.3 CaCl2增容PA6/弹性体效果的研究

4.4 小结

第五章 尼龙6/环氧树脂/氯化钙复合材料的结晶性能与流变性能

5.1 E51 含量对 PA6/E51/CaCl2复合材料的结晶性能与流变性能的影响

5.2 CaCl2含量对PA6/E51/CaCl2复合材料的结晶性能与流变性能的影响

5.3小结

第六章 结论

致谢

参考文献

附录

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