MWCNT等成核剂对POM结晶的影响研究

摘要

聚甲醛（POM）力学性能优异，具有突出的抗动态疲劳性能、耐磨性、自润滑性和优良的电性能，广泛应用于汽车、机械和电子电器等领域。但其结晶特性使之只能直接成型薄壁及小尺寸制品，厚壁及大尺寸制件因成型时易出现表面凹陷、翘曲、甚至内部空洞等缺陷，无法直接成型，制约制品尺寸及应用。其根源在于结晶迅速、结晶度高和晶粒粗大等结晶特性，在成型时协同调控结晶行为使结晶速率下降满足快速成型、同时保持高结晶度并形成细密晶粒以确保制品的高强高刚特性是解决途径。本课题组采用结晶生长抑制剂牵制或干扰POM分子链有序排列过程、迫使结晶速率下降以满足大制件的快速成型，同时运用成核剂降低生长受限环境中的成核能，提高晶核密度，确保高结晶度并细化晶粒。基于前期工作，本文研究了MWCNT、MMT和硅藻土（Diatomite）三种成核剂对POM结晶的影响。 实验研究结果表明，课题选定的三种成核剂对聚甲醛均具有异相成核的作用，使POM晶核数目增加、密度增大，球晶更为细密。微观层面，当三种成核剂用量为各自的最佳用量时，在158℃下结晶，对应的成核密度分别为83个/mm2（0.5wt%）、62个/mm2（2.0wt%）和76个/mm2（1.5wt%），而纯POM此温度下的成核密度仅为21.6个/mm2；球晶尺寸上，在156℃等温结晶30min后的球晶尺寸分别为10~15μm、15~20μm和20~30μm，纯POM球晶半径为35~50μm；宏观层面，当三种成核剂各自为最佳用量时，从DCS曲线可以得对应的结晶焓ΔHc分别为195.9J/g、192.7J/g和187.5J/g，比纯POM都有增加，且MWCNT在结晶焓方面提高最大；理论层面，当三种成核剂各自为最佳用量时，采用Jeziorny修正理论对添加三种成核剂的POM的非等温结晶动力学进行分析，得到的Avrami指数n和修正后的结晶速率常数Kc均无明显变化，表明这三种成核剂未改变POM的成核方式和生长机制，仍为为非依热成核和三维球晶生长机制；采用Hoffman-Lauritzen方程对添加三种成核剂的POM的等温结晶动力学进行分析，得到的链折叠端表面自由能σe均减小，表明此三种成核剂在最佳用量时对POM球晶生长均表现出促进作用；WAXD分析表明，分别加入MWCNT、硅藻土和MMT三种成核剂的POM均在23.3°、35.0°和48.5°附近处出现衍射峰，与纯POM相比衍射峰未发生偏移，也无新峰出现，表明POM的晶型未发生改变。

目录

符号说明

第一章 绪论

1.1 聚甲醛的简介

1.1.1聚甲醛的发展史

1.1.2聚甲醛的结构与性能

1.1.3聚甲醛的应用

1.2 聚甲醛的结晶机理

1.2.1 形态与晶型

1.2.2 成核阶段

1.2.3 生长阶段

1.3 聚甲醛结晶的影响因素

1.3.1 分子链结构的影响

1.3.2 温度的影响

1.3.3 杂质的影响

1.4 聚甲醛结晶的研究概况

1.5 立题依据的研究内容

1.5.1 立题依据

1.5.2 研究内容

第二章 MWCNT对POM结晶行为的影响研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 样品制备

2.2.3 测试表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 MWCNT对POM结晶性能的影响

2.3.2 MWCNT对POM结晶动力学的影响

2.3.3 MWCNT对POM球晶成核时间及成核密度的影响

2.3.4 MWCNT对POM球晶生长速率的影响

2.3.5 MWCNT对POM球晶形态和晶型的影响

2.4 本章小结

第三章 硅藻土对POM结晶行为的影响研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 样品制备

3.2.3 测试表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 硅藻土对POM结晶性能的影响

3.3.2 硅藻土对POM结晶动力学的影响

3.3.3 硅藻土对POM球晶成核时间及成核密度的影响

3.3.4 硅藻土对POM球晶生长速率的影响

3.3.5 硅藻土对POM球晶形态和晶型的影响

3.4 本章小结

第四章 蒙脱土对POM结晶行为的影响研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料

4.2.2 样品制备

4.2.3 测试表征

4.3 结果与讨论

4.3.1 蒙脱土对POM结晶性能的影响

4.3.2 蒙脱土对POM结晶动力学的影响

4.3.3 蒙脱土对POM球晶成核时间及成核密度的影响

4.3.4 蒙脱土对POM球晶生长速率的影响

4.3.5 蒙脱土对POM结晶形态和结晶结构的影响

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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