共聚PA66/PACM12及PACM12纳米复合材料的制备及表征

摘要

PACM12是一种具有独特微晶结构的透明聚酰胺，它具有极其优异的光学性能，但与强结晶型聚酰胺相比力学强度较低。共聚和原位聚合是高分子材料改性的常见方法，本文通过将PA66与PACM12共聚通过制备不同单体比例的共聚物，并对其性能进行表征，探究了这种材料性能与组成的关系。此外通过原位聚合法制备了PCM12粘土纳米复合材料以及PACM12二氧化硅纳米复合材料，研究了纳米颗粒对聚合物性能的影响。主要研究结果如下:
　　1.XRD测试分析结果表明，随着共聚单体比例的变化，共聚物的结晶行为发生改变，在PACM12含量低于34wt％时材料结晶行为与尼龙66相似，XRD衍射角位置在22°为α晶型，结晶度随着单体PACM12含量的增加先减小后增加;当单体PACM12含量高于40wt％时，材料结晶行为与PACM12相似，XRD衍射角位置在19°，半峰宽增加，晶粒尺寸变小，晶体结构变得十分不完善，结晶度随着单体PACM12含量的增加而增加。而在PACM12纳米复合材料中，黏土和二氧化硅的加入会阻碍料的结晶。
　　2.TGA测试分析结果表明，材料的初始分解温度（失重5％）随单体PACM12含量增加而增加，当PACM12含量为34wt％时材料的初始分解温（失重5％）达到了469℃。在PACM12纳米复合材料中，当粘土添加量低于2wt％时，纳米粒子的加入有利于提高PACM12的热稳定性，并且在粘土添加量为2wt％时，其初始分解温（失重5％）达到471℃。
　　3.DSC测试结果表明当单体PACM12含量为28wt％和34wt％时材料出现冷结晶现象，这是由于PACM12的加入导致结晶逐渐不完善的结果，并且在PACM12含量高于40wt％时材料迅速冷却后DSC升温曲线中没有出现熔融峰，而经120℃保温48h的材料显示出较为宽泛的熔融峰，这是由于增加PACM12的含量导致材料结晶速度变慢，在一定的热处理中只能形成不完善的结晶结构。
　　4.DMA测试结果表明，共聚物的玻璃化转变温度随着单体PACM12含量的增加先减小后增加，这种变化规律是由聚合物分子链结构和结晶度共同决定的。当PACM12含量低于34wt％时，随着PACM12含量增加，共聚物结晶度下降，分子间作用力减弱，储能模量和玻璃化转变温度降低，，而在PACM12含量高于40wt％时，聚合物具有不完善的微晶结构，且分子链刚性增加，因此玻璃化转变温度随着PACM12含量的增加而增加，储能模量逐渐降低。
　　对于PACM12纳米复合材料，纳米粘土对聚合物基具有增强作用，并且随其添加量的增加，复合材料的玻璃化转变温度明显提高;而纳米二氧化硅则不能起到增强作用。
　　5.共聚物中单体比例对材料力学性能的影响十分复杂。总的来说共聚物的力学强度随单体PACM12含量的增加而减小，但冲击韧性逐渐提高。当PACM12含量为28wt％和34wt％时，材料有很好力学综合性能，其拉伸强度达到了72和74MPa，而且断裂伸长率高于500％,冲击强度为13.6和14.2KJ/m2;对于PACM12含量为40％的共聚物，其拉伸强度值(64MPa)和冲击强度值(14 kJ/m-2)分别比纯PACM12材料提高了16％和33％。
　　在PACM12纳米复合材料中，黏土的加入能增加材料的拉伸强度，其中在粘土添加量为2wt％时材料强度能达到62.76MPa，但冲击强度降低。而二氧化硅的加入会使得材料力学综合性能下降。
　　6.光学性能测试结果表明，随着单体PACM12含量的增加共聚物在可见光波长范围内透光率明显增加，当PACM12含量超过40wt％时透光率超过80％，而PACM12含量低于34wt％的共聚物，则为不透明材料。
　　在PACM12纳米复合材料中，黏土的加入能使得材料的折光指数增加，其中添加8wt％的黏土能使材料折光指数相对于纯透明聚酰胺由1.53增加到1.71，而且透光率能维持在75％以上，而当二氧化硅添加量超过1wt％时材料已基本不具有透明性。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 聚酰胺概述

1．2 透明聚酰胺研究进展

1．2．1 透明聚酰胺概述

1．2．2 透明聚酰胺的分类

1．2．3 透明聚酰胺的制备

1．3 聚酰胺共聚改性研究概况

1．3．1 聚酰胺共聚改性概述

1．3．2 聚酰胺共聚改性方法

1．4 聚酰胺纳米复合材料的制备

1．4．1 聚酰胺／无机纳米粒子复合材料的制备方法

1．4．2 聚酰胺／无机纳米粒子复合材料研究现状

1．5 本课题研究意义及方法

第二章 共聚PA66／PACM12的制备及表征

2．1 实验所需试剂及相关设备仪器

2．1．1 实验所需试剂

2．1．2 实验主要设备和仪器

2．2 共聚物结构表征及性能测试

2．2．1 聚合物特性黏数测试

2．2．2 聚合物红外光谱分析

2．2．3 聚酰胺结晶性能测定

2．2．4 聚合物热重分析

2．2．5 聚合物DSC测试

2．2．6 聚合物动态力学测试

2．2．7 力学性能测试

2．2．8 聚合物透光率测试

2．2．9 聚合物折光指数测试

2．3 聚合物合成

2．3．1 透明尼龙的合成

2．3．2 PA66／PACM12共聚物的合成

2．3．3 反应工艺条件的选择

2．4 共聚物红外光谱分析

第三章 PACM12含量对共聚物性能的影响

3．1 PACM12含量对共聚物结晶性能的影响

3．2 PACM12含量对共聚物热稳定性能的影响

3．3 PIACM12含量对共聚物光学性能的影响

3．4 PIACM12含量对共聚物力学性能的影响

3-5聚合物动态力学分析

第四章 透明尼龙纳米复合材料的制备及其性能分析

4．1 透明尼龙纳米复合材料的制备

4．1．1 实验原料

4．1．2 实验过程

4．3 透明尼龙纳米复合材料特性粘数测试

4．4 透明尼龙纳米复合材料TEM分析

4．5 透明尼龙纳米复合材料XRD测试分析

4．6 透明尼龙纳米复合材料DMA测试分析

4．7 纳米粒子添加量对复合材料热稳定性能的影响

4．8 纳米粒子添加量对复合材料光学性能的影响

4．8．1 透明尼龙纳米复合材料透光度测试分析

4．8．2 透明尼龙纳米复合材料折光指数测定

4．9 纳米粒子添加量对复合材料力学性能的影响

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢