玻璃纤维增强聚酰胺复合材料的制备和性能研究

摘要

纤维增强热塑性复合材料比强度大、韧性高、成型周期短且可回收利用，因其应用领域十分广泛。阴离子聚合尼龙6(APA6)分子量大、结晶度高，是一种性能良好的热塑性材料，以其为基体与纤维复合可得到综合性能优良的热塑性复合材料。但是，聚合温度、催化剂和活化剂的添加量等因素对APA6的合成有较大影响，且增强纤维的状态和长度对复合材料综合性能有较大影响。因此，本文主要围绕APA6的合成工艺优化、增韧改性和增强改性开展研究工作。
　　当聚合温度为140～170℃时，APA6的分子量随着温度的升高而增加，催化剂氢氧化钠(NaOH)对APA6分子量的影响不大，而随着活化剂甲苯二异氰酸酯(TDI)添加量的增多，APA6的分子量呈下降趋势;APA6的分子量和结晶情况对其力学性能有较大影响;不同合成工艺条件制备的APA6热性能差异不大，但是APA6的热稳定性比水解聚合尼龙的热稳定性差。
　　采用十二内酰胺(LL)和己内酰胺(CL)共聚，对APA6增韧改性。而共聚未改变APA6的晶型结构，但共聚物的结晶度随着LL添加量的增加而降低。与APA6相比，PA6/12共聚物的熔融温度和结晶温度分别降低了35.4℃和51.1℃;LL添加量从0％增加到30％时，PA6/12共聚物的断裂伸长率从60％增大到325％，弯曲强度从65.18 MPa降低至28.00 MPa，但是拉伸强度出现先减小后增加的趋势。并在PA6/12共聚物的拉伸断面观察到了大量直径为100 nm、长度为1μm左右的纳米纤维状物质。
　　通过玻璃纤维布和不同长度的短切玻璃纤维对APA6进行增强改性。随着玻璃纤维布体积分数的升高增加，APA6复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量都有一定程度的增大;当长度为4cm的短切玻璃纤维的体积分数为32.2％，玻璃纤维/APA6复合材料的拉伸强度比APA6增大了129.5％，其弯曲强度比APA6增大了305.6％;与玻璃纤维布增强APA6相比，短切玻璃纤维增强APA6复合材料未见明显变形，但短切玻璃纤维在基体中的分散性和均匀性还有待进一步提高。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 热塑性复合材料

1．2 阴离子聚合尼龙6

1．2．1 阴离子聚合尼龙6简介

1．2．2 阴离子聚合尼龙6聚合原理

1．2．3 阴离子聚合尼龙6聚合影响因素

1．2．4 阴离子聚合尼龙6改性

1．3 玻璃纤维复合材料

1．3．1 玻璃纤维简介

1．3．2 玻璃纤维增强热塑性塑料

1．4 选题背景及意义

1．4．1 选题背景

1．4．2 研究内容

第2章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验样品制备

2．2．1 APA6样品制备

2．2．2 PA6／12共聚物制备

2．2．3 玻璃纤维增强APA6复合材料的制备

2．3 样品性能测试和仪器设备

2．3．1 粘度法测聚合物粘均分子量

2．3．2 偏光显微镜观察聚合物结晶形态

2．3．3 热重和差热分析聚合物热性能

2．3．4 熔融指数仪测试聚合物流动性能

2．3．5 共聚物结构分析

2．3．6 力学性能测试

2．3．7 扫描电镜

第3章 阴离子聚合尼龙6合成工艺优化

3．1 引言

3．2 结果分析

3．2．1 分子量分析

3．2．2 结晶分析

3．2．3 力学性能结果分析

3．2．4 流动性能分析

3．2．5 热性能分析

3．3 本章小结

第4章 十二内酰胺共聚改性

4．1 引言

4．2 结果分析

4．2．1 LL添加量对PA6／12共聚物结构影响

4．2．2 LL含量对PA6／12共聚物热性能的影响

4．2．3 力学性能及断面形貌分析

4．3 本章小结

第5章 玻璃纤维增强APA6复合材料

5．1 引言

5．2 结果分析

5．2．1 玻璃纤维布增强APA6

5．2．2 玻璃纤维布含量对APA6复合材料力学性能的影响

5．2．3 玻璃纤维布增强APA6拉伸断面形貌分析

5．2．4 玻璃纤维布增强APA6复合材料热性能研究

5．2．6 短切玻璃纤维增强APA6复合材料力学性能分析

5．2．7 短切玻璃纤维增强APA6复合材料SEM分析

5．2．8 玻璃纤维增强APA6复合材料变形问题

5．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录