原位聚合制备尼龙6/纳米SiO2复合材料及其性能研究

摘要

本文采用原位聚合的方法，制备了由不同表面官能团修饰的纳米SiO2填充的尼龙6/纳米SiO2复合材料。表征了纳米复合材料的界面结构，分析了其相应的力学性能和摩擦学性能，并初步探索了炭黑及纳米SiO2填充尼龙6复合材料的抗静电性能。结果表明，纳米SiO2表面所修饰的活性官能团以化学键作用与PA6分子链相结合，形成较强的界面相互作用，从而对纳米复合材料的力学性能，摩擦学性能产生一定的影响。
　　 本论文的主要研究内容如下：
　　 1、利用TEM、IR、TG及XPS手段对PA6纳米SiO2复合材料进行了分析，在尼龙6的聚合过程中，纳米SiO2表面不同的活性官能团均能够与PA6分子链相结合，使得纳米SiO2以化学键的方式接枝于PA6分子链中，两相间产生较强的界面结合力；同时纳米SiO2表面含有多个官能团，可以接枝多个尼龙6分子链，从而在复合材料体相中，局部形成网状交联结构，进而影响纳米复合材料的性能。但是RNS-A和RNS-E两种型号纳米SiO2，表面含有不同的活性基团，导致其在PA6基体中所形成的网状交联结构有所不同。
　　 2、对PA6纳米复合材料的力学性能进行分析。结果表明RNS-A型纳米SiO2能够显著提高PA6纳米复合材料的拉伸强度和冲击韧性，在RNS-A质量分数为0.5％时拉伸强度达到最大，比纯PA6的强度提高约54％；在RNS-A质量分数为0.3％时缺口冲击强度达最大，且比纯PA6的提高约55％。RNS-E型纳米SiO2对PA6能起到增强的作用，而没有达到增韧的效果。在RNS-E质量分数为0.3％时拉伸强度达到最大，比纯PA6的提高约47.5％。
　　 3、利用环块磨损试验机对PA6及其纳米复合材料的摩擦学性能进行分析，并用扫描电镜对复合材料磨损表面进行观察，发现随RNS-A和RNS-E型纳米SiO2含量的增大，复合材料摩擦系数呈增大趋势；同时一定含量的纳米SiO2可以降低复合材料的磨损量。随着实验载荷的增大，PA6及PA6纳米复合材料的摩擦系数呈降低趋势，而磨损量呈增大趋势。而随着实验速度的增大，PA6及PA6纳米复合材料的摩擦系数和磨损量均呈增大的趋势。
　　 4、在PA6中加入炭黑或炭黑和纳米SiO2后，复合材料的体积电阻率有所下降。但是炭黑的加入，降低了PA6的力学性能，而同时加入纳米SiO2后可以保持PA6复合材料的力学性能。另外，炭黑和纳米SiO2的加入，增大了PA6的摩擦系数，而磨损量有所降低；随着实验载荷的增大，复合材料的摩擦系数降低而磨损量增大。