形变取向的橡胶粒子和有机蒙脱土增韧增强尼龙6的机理

摘要

尼龙6是一种广泛使用的工程塑料，但因其低的热变形温度和脆性等缺点而限制了它的应用。通常通过与弹性体共混来提高其韧性，增韧的机理不仅与弹性相的含量，尺寸，粒径分布相关，还与弹性相在基体中的形状及其分布相关。加入弹性体提高了尼龙6的韧性，但这是以损失材料的模量和刚性为代价的，在二元体系中引入有机蒙脱土得到的共混物纳米复合材料能提高材料的拉伸强度和模量，但降低了材料的韧性。为获得高强超韧的尼龙6共混复合材料，本文首先在尼龙6／EPDM-g-MA二元体系注射成型过程中引入剪切应力场，控制橡胶粒子的分散与形态，使橡胶粒子沿剪切力方向伸长取向，研究具有伸长取向橡胶粒子的尼龙6／EPDM-g-MA共混物增韧机理并验证此时Wu氏判剧的普适性。然后在尼龙6／EPDM-g-MA二元体系中引入有机蒙脱土，制得共混物纳米复合材料，以研究共混物纳米复合材料的增韧增强机理。主要研究结果如下： 1．由动态保压注射成型得到的共混物动态样条的冲击强度在本文研究的所有组分含量内均高于由常规注射成型得到的共混物静态样条的冲击强度。尤其是当橡胶含量高于15wt％时，动态样与静态样的冲击强度值之差超过了30kJ／mn<'2>。扫描电镜结果表明动态样中橡胶粒子尺寸大大减小且分布更加均匀。当橡胶含量高于15wt％时，橡胶粒子沿剪切力方向伸长取向。将动态样冲击强度对粒间距作图，也可以构建一条主曲线，由图可知，当裂纹扩展方向垂直与橡胶粒子取向方向时，Wu氏判剧对沿剪切力方向伸长取向的橡胶粒子仍然适用。动态样较静态样高出的冲击强度，与尼龙6的取向，结晶结构和晶体性能无关，部分地是因为动态样弯曲强度的提高导致在冲击过程中未完全断裂样条弯曲时可以吸收更多的能量，但更主要的是由于动态样中具有伸长取向的橡胶粒子，当裂纹扩展方向垂直与橡胶粒子取向方向时，此种形态的橡胶粒子在冲击的过程中可以更有效的减缓裂纹扩展的速率，并由此得到更高的冲击强度。2．共混步骤对共混物纳米复合材料的综合力学性能并没有太大的影响，一步共混法得到的共混物纳米复合材料已具有令人满意的综合力学性能。与静态样相比，由于尼龙6与EPDM-g-MA间的界面相互作用的增强和橡胶粒子与蒙脱土更好的分散，动态样具有更高的力学性能。有机蒙脱土在尼龙6／EPDM-g-MA／有机蒙脱土共混物纳米复合材料中的作用主要有以下几个：(1)弱化EPDM-g-MA粒子与尼龙6的界面粘结，导致橡胶粒子尺寸增大，或阻滞橡胶相的团聚，使相区尺寸减小，这取决于橡胶和蒙脱土的含量。(2)阻止橡胶粒子周围应力体积的叠加，导致共混复合材料的脆韧转变区变宽以及韧性的降低；(3)当粒间距小于临界粒间距时，可作为应力传递者而得到更好的增强效果。 上述结果丰富了Wu氏判剧的普适性，揭示了伸长取向的橡胶粒子对共混物韧性的贡献及其机理，明确了有机蒙脱土对尼龙6／EPDM-g-MA／有机蒙脱土共混物纳米复合材料韧性的影响及其机理，探讨了有机蒙脱土在橡胶粒间距小于临界值时的增强机理。

目录

文摘

英文文摘

1.前言

2.动态保压注射成型尼龙6/EPDM-g-MA共混物的相行为和增韧机理

3.尼龙6/EPDM-g-MA/有机蒙脱土共混物纳米复合材料的增韧增强机理

4.结论

攻读硕士学位期间发表与待发表的学术论文

致谢

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