无机填料凹凸棒土和ZnO对PA6阻燃及力学性能的影响

摘要

PA6是一种广泛应用在日常生活中的高聚物，具有优良的力学强度和化学稳定性。但是PA6的抗冲击强度差，耐热性能不佳，尺寸稳定性差的缺陷，使其应用受到了一定的限制。另外PA6作为一种易燃的高聚物，其极限氧指数(LOI)仅为21％，垂直燃烧测试等级仅为V-2级别，燃烧时产生大量黑烟，燃烧速度快且产生大量熔滴，极易引发二次火灾危害。因此对PA6进行增强改性和阻燃改性具有重要的研究意义。 本文基于PEG（聚乙二醇）加弹改性PA6体系PA6/PEG和MCA（三聚氰胺氰尿酸盐）阻燃改性PA6体系PA6/MCA基础上，探讨了无机填料AT（凹凸棒土）和ZnO（氧化锌）PA6阻燃性能和力学性能的研究。以PA6预聚体为硬段，PEG2000为软段制备了PA6/PEG嵌段共聚物，在此嵌段共聚物体系中加入ZnO，制备了具备高强度，高韧性，耐冲击的PA6/PEG/ZnO复合材料。另外，选用氮系阻燃剂MCA作为阻燃剂，先通过原位聚合制备PA6/MCA阻燃复合材料，在PA6/MCA阻燃体系中选用AT和ZnO作为无机填料，建立协效阻燃剂体系，制备了PA6/MCA/AT和PA6/MCA/ZnO复合材料，探索了不同组分ZnO和AT对复合材料的力学性能和阻燃性能的影响。 对合成的PA6/MCA/AT、PA6/MCA/ZnO和PA6/PEG/ZnO复合材料进行结构与性能表征测试。通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)对材料的结构进行表征;通过差示扫描量热仪(DSC)探索复合材料的熔融和冷结晶的条件，并通过热重分析(TG)研究复合材料热稳定性;通过旋转流变仪研究复合材料在熔融状态下分子链的流动性;利用极限氧指数(LOI)分析仪和垂直燃烧等测试方法研究其燃烧性能和阻燃效果;通过注塑成型加工成样条并通过拉伸测试测量复合材料的力学性能。结果表明，PA6/MCA/AT复合材料的晶体结构相对稳定;随着AT含量的的增加，PA6/MCA/AT复合材料的热稳定性得到改善;PA6/MCA/AT复合材料的断裂强度达到44.81MPa，样品LOI值达到27.9％; ZnO在PA6/MCA/ZnO基体中相容性较好，聚合物晶体结构稳定，复合材料的机械性能提高，屈服应力达到40.97MPa，LOI达到27.3％，复合材料同时兼具了优良的阻燃效果和力学拉伸性能;通过共混ZnO，PA6/PEG/ZnO复合材料的热稳定性提高，且复合材料具有良好的可纺性;PA6/PEG/ZnO聚合物纤维表现出高弹性，高模量的纤维特性。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1 PA6的研究背景

1．1．1 PA6概述

1．1．2 PA6的改性背景

1．2 PA6的阻燃改性研究

1．2．1 PA6的阻燃改性途径

1．2．2 PA6的阻燃剂种类

1．2．3阻燃PA6的研究进展

1．3无机填料在PA6中的应用

1．3．1使用无机填料的原因

1．3．2无机填料在PA6／MCA复合材料中的研究进展

1．3．3无机填料在PA6／PEG复合材料中的研究进展

1．3．4无机填料的选用

1．4本课题研究的意义及内容

1．4．1本课题研究的意义

1．4．2本课题研究的内容

第二章PA6／MCA／AT聚合物的制备与表征

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验原料

2．2．2实验仪器

2．2．3性能表征测试

2．3 PA6／MCA／AT复合材料的合成

2．3结果与讨论

2．3．1 PA6／MCA／AT复合材料的TG分析

2．3．2 PA6／MCA／AT复合材料的红外分析

2．3．3 PA6／MCA／AT复合材料的形貌分析

2．3．4 PA6／MCA／AT复合材料的结晶性能

2．3．5 PA6／MCA／AT复合材料的阻燃分析

2．3．6 PA6／MCA／AT复合材料的力学强度分析

2．4本章小结

第三章PA6／PEG／ZnO复合材料的制备与性能研究

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1实验原料

3．2．2 PA6／PEG／ZnO复合材料的从制备

3．2．3 PA6／PEG／ZnO复合材料的性能表征

3．3结果与讨论

3．3．1 PA6／PEG／ZnO复合材料的红外分析

3．3．2 PA6／PEG／ZnO复合材料的XRD分析

3．3．3 PA6／PEG／ZnO复合材料的形貌分析

3．3．4 PA6／PEG／ZnO复合材料TG分析

3．3．5 PA6／PEG／ZnO复合材料的流变分析

3．3．6 PA6／PEG／ZnO复合材料力学性能分析

3．4本章小结

第四章PA6／MCA／ZnO复合材料的制备与性能研究

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1实验原料

4．2．2实验仪器

4．2．3实验步骤

4．2．4性能表征测试

4．3结果与讨论

4．3．1 PA6／MCA／ZnO复合材料的FT-IR分析

4．3．2 PA6／MCA／ZnO复合材料的SEM分析

4．3．3 PA6／MCA／ZnO复合材料的TG分析

4．3．4 PA6／MCA／ZnO复合材料XRD分析

4．3．5 PA6／MCA／ZnO复合材料的阻燃测试

4．3．6 PA6／MCA／ZnO复合材料的力学测试

4．4本章小结

第五章全文总结

参考文献

攻读硕士期间论文发表情况

致谢