T-ZnOw/PS复合材料的制备及性能测试

摘要

四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)是一种具有三维空间立体结构的无机晶体材料。四根针体向三维空间展开，每任意两根针体夹角成109℃。在基体中四针状晶须呈无规排列，因此用其改性的复合材料显各向同性。而且在基体中起到骨架支撑作用，在改善复合材料强度和刚度的同时，可同时实现对复合材料韧性的改善：因而对复合材料表现出增强增韧的双重作用。但正是由于T-ZnOw结构的独特性，在加工过程中拉伸应力和剪切应力的存在，将破坏晶须的这种四针状结构，使具有四针状结构的晶须变为传统的一维晶须。并且由于晶须的断裂大多是从晶须的生长点断裂，断裂的结果造成大量的晶须破坏或片状物存在于复合材料中，从而造成结构上的缺陷，不利于复合材料性能的改善。因而探讨一种适合的加工方法，使四针状结构完整的保持在基体中，从而改善复合材料性能，并进一步研究四针状晶须对聚合物基复合材料的增强增韧作用，这将具有特殊的意义。 本文采用具有分形结构特征的四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)作为填料，以脆性材料聚苯乙烯(PS)为基体，通过溶液共混与注塑成型相结合的方法制备T-ZnOw/PS复合材料，对复合材料的力学性能、热性能等进行测试，并对复合材料的断裂破坏行为进行分析，以便研究T-ZnOw在复合材料中的作用机理。结果表明，T-ZnOw能有效改善复合材料的冲击强度、拉伸弹性模量等，即复合材料的刚性和韧性同时得到改善；但不利于改善复合材料的拉伸强度。拉伸断口形貌分析表明，界面脱粘后晶须被拔出以及晶须发生断裂是T-ZnOw在基体中的主要作用机理。冲击断口形貌分析表明，在冲击过程中T-ZnOw诱导基体产生大量银纹并吸收冲击能是复合材料韧性提高的主要原因。热性能测试结果表明，T-ZnOw能有效的提高复合材料的热分解温度，但在改善复合材料的热变形温度(HDT)和玻璃化转变温度(rg)方面效果不明显。为了进一步了解晶须/基体的界面相互作用以及晶须结构的完整性对复合材料结构和性能的影响，实验中采用不同的偶联剂类型、T-ZnOw表面处理方法以及不同的复合材料成型加工方法制备了T-ZnOw/PS复合材料，并对其力学性能和热性能进行测试。结果表明，采用柔性链较长的NDZ-105钛酸酯偶联剂在提高复合材料冲击韧性方面更有效，而在提高复合材料刚性方面KH-560硅烷偶联剂更优；然而复合材料热性能受偶联剂种类影响不明显。不同的晶须表面处理方法(干法或湿法处理)对复合材料力学性能和热性能影响不明显。在改善复合材料力学性能和热变形温度方面，模压成型的复合材料要强于注塑成型的复合材料：究其原因发现，尽管在复合材料溶液共混过程中避免了晶须四针状结构的破坏问题，但后期采用注塑成型方法时，在复合材料注塑过程中仍不可避免存在剪切力的作用，因而造成对晶须结构的破坏，从而使得注塑成型的复合材料性能相比模压成型的复合材料性能略有降低。而在改善热分解温度方面，却正好相反：不同加工成型方法对复合材料的玻璃化转变温度几乎没有影响。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪言

1.1引言

1.2短纤维改性聚合物基复合材料

1.2.1短纤维增强材料的种类

1.2.2短纤维的表面改性

1.2.3短纤维改性聚合物基复合材料加工成型工艺

1.2.4短纤维改性聚合物基复合材料性能研究

1.2.5短纤维形态对聚合物基复合材料性能的影响

1.2.6短纤维增强复合材料理论进展

1.3晶须改性聚合物基复合材料

1.3.1晶须的种类

1.3.2晶须的表面改性

1.3.3成型加工工艺对晶须填充复合材料性能影响

1.3.4晶须改性聚合物基复合材料性能研究

1.3.5晶须的形态对聚合物基复合材料性能的影响

1.3.6晶须增强增韧复合材料理论进展

1.4 T-ZnOw改性聚合物基复合材料

1.4.1 T-ZnOw改性聚合物基复合材料发展现状

1.4.2三维四针状结构晶须增强增韧复合材料机理

1.5本课题研究的意义、目的以及主要研究内容

第二章T-ZnOw/PS复合材料制备及力学性能研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1原料

2.2.2晶须的表面处理：

2.2.3复合材料的制备：

2.2.4力学性能表征：

2.3结果与讨论

2.3.1 T-ZnOw表面处理效果

2.3.2 T-ZnOw对T-ZnOw/PS复合材料力学性能的影响

2.3.3不同偶联剂种类对T-ZnOw/PS复合材料力学性能的影响

2.3.4不同的晶须表面处理方法对T-ZnOw/PS复合材料力学性能的影响

2.3.5不同的成型方法对T-ZnOw/PS复合材料力学性能的影响

2.4小结

第三章T-ZnOw/PS复合材料破坏行为及T-ZnOw增韧机理分析

3.1引言

3.2 T-ZnOw/PS复合材料拉伸破坏行为分析

3.3 T-ZnOw/PS复合材料冲击破坏行为及增韧机理分析

4.4 小结

第四章T-ZnOw/PS复合材料热性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1原料

4.2.2晶须的表面处理：

4.2.3复合材料的制备：

4.2.4热性能研究：

4.3结果与讨论

4.3.1 T-ZnOw对T-ZnOw/PS复合材料热性能的影响

4.3.2不同偶联剂种类对T-ZnOw/PS复合材料热性能的影响

4.3.3不同晶须表面处理方法对T-ZnOw/PS复合材料热性能的影响

4.3.4不同成型方法对T-ZnOw/PS复合材料热性能的影响

4.4小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢