尼龙6/天然蒙脱土纳米母料的制备及其复合材料的性能研究

摘要

本文研究了尼龙6/天然蒙脱土纳米母料的原位聚合制备方法与水辅熔融插层工艺，并对由母料与尼龙6直接熔融混合制备的复合材料的性能进行了表征。实验选用阳离子交换能力为90-120mmol/100g的天然钠基蒙脱土，在原位聚合工艺中，通过搅拌、超声等手段，使己内酰胺单体在去离子水中与蒙脱土进行有效插层，升温干燥得到预混物，最终通过层间单体的阴离子聚合将蒙脱土的层间距撑大乃至剥离而得到纳米母料；在水辅熔融制备工艺中，将浮选得到的蒙脱土泥浆以合适的速率加入到熔融的尼龙基体中，由于水既是蒙脱土的天然插层剂又是尼龙的天然增塑剂，尼龙6分子链与天然蒙脱土有着较强的相互作用，通过复合过程中层间水的汽化膨胀与水分子解吸带来的熵的弥补，并借助剪切外力的作用，使天然蒙脱土分散在尼龙基体中。通过对这两种方法制备得到的母料及其复合材料的XRD和TEM分析，证明天然蒙脱土在尼龙基体中都能达到纳米级的分散。 尼龙6/天然蒙脱土纳米复合材料在DSC的升温及降温曲线表明了蒙脱土对于尼龙6的结晶起到了异相成核作用，促进尼龙6γ晶型生成，使得尼龙6的结晶温度提高，过冷度变小，结晶峰宽变窄，结晶速率增加。力学性能测试结果表明由母料制备的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料比纯尼龙6有了明显的提高，采用15％与30％蒙脱土含量的母料与尼龙6分别按1：4与1：9的比例稀释，两种复合材料与纯尼龙6相比，拉伸强度分别提高了约24％与11％，弹性模量分别提高了49.8％与22.9％，抗弯强度分别提高了近66.6％与26％，弯曲模量分别提高了85％与16.7％。同时，热变形温度也有了明显的上升。相对于纯尼龙6而言，两种复合材料的热变形温度在0.45MPa的压力下分别提高了45.9℃与30.6℃，即分别提高了39.5％与26.3％；在1.8MPa的压力下分别提高了15.6℃与8.6℃，既分别提高了37.9％与20.9％。母料制备的尼龙6/天然蒙脱土纳米复合材料和纯尼龙6的流变行为表明它们都属于假塑性流体，前者的非牛顿指数小于后者，前者的表观粘度小于后者。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1 蒙脱土简介

1.1.1 蒙脱土的结构

1.1.2 蒙脱土的性质

1.2 聚合物/蒙脱土纳米母料制备的理论研究

1.2.1 聚合物/蒙脱土母料制备的热力学研究

1.2.2 聚合物/蒙脱土母料制备的动力学研究

1.2.3 聚合物基体中蒙脱土的分散研究

1.3 聚合物/蒙脱土纳米母料的制备方法

1.4 聚合物/蒙脱土纳米母料的类型

1.5 聚合物/蒙脱土纳米母料的优点及应用前景

1.5.1聚合物/蒙脱土纳米复合材料的优点

1.5.2塑料母料的优点

1.5.3聚合物/蒙脱土纳米母料的应用前景

1.6结束语

第二章本文研究的目的及意义

2.1 国内外研究背景

2.2 课题的意义

2.3 课题研究内容和创新点

第三章尼龙6/蒙脱土纳米母料的原位聚合法制备

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1试验原料

3.2.2仪器及设备

3.2.3尼龙/蒙脱土纳米母料的制备

3.2.4性能测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 超声对混合液中蒙脱土粒径(D90)的影响

3.3.2单体与聚合物插层蒙脱土的红外分析

3.3.3纳米母料及其复合材料的层间距变化

3.3.4纳米母料及其复合材料的结晶行为研究

3.3.5纳米母料所制复合材料的透射电镜分析(TEM)分析

3.4本章小结

第四章尼龙6/蒙脱土纳米母料的水辅熔融法制备

4.1前言

4.2 水辅过程的理论分析与计算

4.2.1水的传热计算

4.2.2水在层间的膨胀效果估算

4.2.3水辅过程的热力学分析

4.3实验部分

4.3.1实验原料

4.3.2仪器及设备

4.3.3尼龙/蒙脱土纳米母料的制备

4.3.4性能测试

4.4结果与分析

4.4.1超声与静止时间对蒙脱土分散的影响(D90)

4.4.2 固液比对蒙脱土分散效果的的影响

4.4.3加工条件对母料中蒙脱土分散剥离的影响

4.4.4蒙脱土含量对母料中蒙脱土分散剥离的影响

4.4.5水辅母料及其复合材料的结晶行为研究

4.4.6水辅母料及其复合材料的透射电镜分析(TEM)分析

4.5本章小结

第五章母料法制备的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的性能研究

5.1前言

5.2实验部分

5.2.1实验原料

5.2.2仪器及设备

5.2.3试样的制备

5.2.4性能测试

5.3结果与讨论

5.3.1流变性质

5.3.2力学性能

5.3.3热变形温度

5.4本章小结

第六章总结

6.1本论文主要结论

6.2今后还需深入研究的内容

参考文献

致 谢

硕士期间发表的学术论文