CBT/PA6共混物结晶动力学及应用

摘要

尼龙作为应用量最大的工程塑料，它具有力学强度高、弹性好、韧性强、耐磨、耐油及化学稳定性好等优良性能，从而被广泛应用于汽车、电子电器和航空航天等领域。但其极性强、吸水性大，吸水后导致弹性模量和冲击强度下降、制品形状和尺寸稳定性变差等缺点，从而影响其制品尺寸的稳定性和力学性能，另一方面，尼龙的粘度高，加工温度高，以其为基体制备的碳纤维复合材料具有强度高、耐磨性好等特点，但加工过程成型温度高，粘度大，工艺性能差等因素限制了它的应用范围。大量文献表明，接枝、共聚或者共混改性（向尼龙中添加无机粒子或者小分子低聚体）可以提高流动性，共混改性操作简便，成本低，受到了人们的高度关注。
　　CBT（环对苯二甲酸丁二醇酯）是一种环状的热塑性材料，聚合度n=2~6，在熔融状态下粘度极低，润湿能力极强，与各种高分子材料具有很好的相容性，本文以CBT为添加剂，采用溶液共混的方法制备了CBT/PA6共混物，在此基础上研究了CBT对PA6结晶形貌、结晶动力学以及热稳定性的影响，然后分析了CBT/PA6宏观动力学过程，得到尼龙加工条件的基础数据。制备了碳纤维增强CBT/PA6树脂基复合材料，研究了其层间剪切强度以及弯曲强度随CBT含量的变化。
　　粘度分析结果表明，CBT作为添加剂，可以迅速将PA6的熔体粘度降低至50 Pa.s以下，粘度随CBT含量的升高而降低，但是CBT含量超过1.0％时，降低趋势变得不明显。
　　采用DSC的方法研究了CBT对PA6结晶动力学的影响。结果表明：（1）等温结晶时，PA6加入CBT后，Avrami指数n降低，结晶速率常数K以及结晶速率G变大，t1/2以及tmax减小，CBT加快了PA6的结晶速率。（2）非等温结晶时，CBT可以降低Jeziorny方程指数 n，提高结晶速率常数 Zc；Mo方程处理时，lgΦ对 lgt线性关系较好，加入CBT后体系F(t)值迅速降低，说明在相同的条件下，CBT/PA6体系相比PA6结晶更迅速。
　　宏观动力学的研究表明，对于有一定形状厚度的PA6材料在加工过程中，材料内部的温度与相对结晶度存在空间分布，因为结晶放热，内部散热不及时，产生热冲击，导致温度分布不均，温度场的分布是导致相对结晶度存在空间分布的原因，故 PA6在加工过程中宜采用较小的降温速率。
　　利用动力学研究给出的信息提示，以CBT/PA6为基体制备了碳纤维增强尼龙基复合材料，并测试了复合材料的层间剪切强度和弯曲强度，实验结果表明，复合材料层间剪切强度值为47.61MPa~70.99MPa；弯曲强度值为437.09MPa~732.69MPa。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 CBT树脂

1.3 尼龙改性研究进展

1.4 动力学研究

1.5 碳纤维增强热塑性树脂基复合材料表面处理方法

1.6 本文研究的目的及内容

第2章 实验部分

2.1 实验药品和仪器

2.2 样品制备

2.3 实验数据测试

2.4 本章小结

第3章 CBT/PA6共混物结晶动力学

3.1 CBT/PA6共混物性能测试

3.2 等温结晶动力学

3.3 非等温结晶动力学

3.4 本章小结

第4章 CBT/PA6共混物宏观动力学

4.1 自催化模型本征动力学

4.2 宏观动力学计算

4.3 碳纤维增强CBT/PA6基复合材料性能

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢