高性能PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料的研究

摘要

本研究选用自制的有机蒙脱土，采用熔融挤出法制备了分散均匀的剥离型的尼龙6/三元乙丙橡胶/有机蒙脱土(PA6/EPDM/OMMT)纳米复合材料，研究了有机蒙脱土种类和含量对纳米复合材料的力学性能、耐热性能和加工性能等的影响，并讨论了蒙脱土对于纳米复合材料结晶性能的影响。主要研究内容包括：
　　 ⑴选择多种牌号的OMMT，采用熔融挤出法制备出了PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料，通过对纳米复合材料的力学性能，加工性能，耐热性能和结晶性能等进行了对比，优选出综合性能最佳的OMMT牌号，为进一步研究奠定了基础。
　　 ⑵利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(TEM)观察分析了材料的亚微观结构，确认制备出了分散均匀的剥离型PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料；通过观察材料的外观形貌，分析了材料相容性的变化；测试和分析了OMMT含量对纳米复合材料性能的影响。结果显示：随着OMMT用量的增加，材料的拉伸性能、抗弯性能、耐热性能大大提高。对比不含OMMT的样品，当OMMT用量为5.2wt.％时，复合材料的屈服强度提高了40.1％，弯曲强度提高了22.18MPa，热变形温度高达110.3℃，是纯样品的2倍多。
　　 ⑶采用熔融挤出法制备了尼龙6/三元乙丙橡胶/马来酸酐接枝三元乙丙橡胶/有机蒙脱土(PA6/EPDM/EPDM-g-MAH/OMMT)纳米复合材料和尼龙6/马来酸酐接枝三元乙丙橡胶/有机蒙脱土(PA6/EPDM-g-MAH/OMMT)纳米复合材料，研究了EPDM-g-MAH用量的不同对材料各种性能的影响，同时研究了OMMT用量的不同对PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料各项性能的影响。结果表明，随着EPDM-g-MAH用量的增加，复合材料的的韧性大幅提高。对比不含EPDM-g-MAH的样品，当EPDM-g-MAH用量为3.4wt.％时，PA6/EPDM/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的冲击强度提高了64％。而OMMT的加入则大大提高了材料的力学性能、耐热性能。对比不含OMMT的样品，当OMMT用量为3.5wt.％时，PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的屈服强度提高了30％，弯曲强度提高了22.87MPa，热变形温度提高了41.6℃，具有更加优异的综合性能。
　　 ⑷依据实验基础，探索研究了OMMT和EPDM-g-MAH在复合材料中的作用机理，分析讨论了OMMT在纳米复合材料中的增强及增容作用及EPDM-g-MAH在纳米复合材料中的增容作用，发现两种物质在复合材料体系具有优势互补，协同作用的效果。