纳米TiO2对聚碳酸酯复合材料力学与热稳定性能的影响研究

摘要

近年来，聚合物/无机纳米复合材料由于具有优异的性能和潜在的应用价值，成为国内外学者关注的焦点。二氧化钛(TiO2)纳米粒子具有无毒无害、熔点高、刚度大、化学性质稳定及热稳定性好等优点，将其作为填料用于聚合物改性，可提高聚合物基体材料的力学和热稳定性能。　　本文以聚碳酸酯(PC)作为基体材料，金红石型和锐钛矿型TiO2纳米粒子分别作为填料，通过熔融共混和注射成型制备出不同原料配比(0.5-3 wt％)的PC/TiO2纳米复合材料。采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、万能拉伸试验机及动态热力学分析仪，研究了两种晶型TiO2纳米粒子对复合材料微观结构和力学性能的影响机理和规律。研究结果表明：(1)低含量下(1 wt%)，两种晶型TiO2纳米粒子在PC基体中分散程度较好。随着填料含量增加，纳米粒子团聚体尺寸增大，锐钛矿型TiO2纳米粒子团聚现象更为严重；(2)两种晶型TiO2纳米粒子都能对PC产生增强增韧作用，且金红石型TiO2纳米粒子因与PC界面结合更好，增强增韧效果更佳；(3)在玻璃化转变温度(Tg)以下，两种晶型TiO2纳米粒子都能提高复合材料的储能模量，且与纳米粒子含量呈正比。　　在上述研究的基础上，借助热重分析、傅里叶变换红外光谱、热重-红外联用分析等表征手段，同时结合Kissinger-Akahira-Sunos(KAS)等效转化计算法，探讨了两种晶型TiO2纳米粒子对复合材料热降解行为、机制和动力学的影响。研究结果和结论如下：(1)两种晶型TiO2纳米粒子都能够提高复合材料的热稳定性能，其中金红石型TiO2纳米粒子的改善效果更好；(2) TiO2纳米粒子对复合材料热降解行为的影响主要包括以下三个方面：热降解起始阶段，PC分子链异亚丙基裂解产生自由基，TiO2纳米粒子可以捕获这些自由基，延迟热降解反应发生，提高热降解起始温度；热降解主要反应阶段，PC分子链发生复杂的化学反应如碳酸酯基水解/醇解和重排，TiO2纳米粒子的催化作用能够提升热降解反应速率；热降解中后期，PC基体的热降解致使 TiO2纳米粒子在表面堆积，与热降解固相产物结合形成屏障网络，阻碍了热降解气相产物的挥发及热量的传递，可以抑制内部材料热降解反应的发生；(3)添加两种晶型TiO2纳米粒子的复合材料热降解活化能均比PC基体要高，其中添加金红石型TiO2纳米粒子的复合材料数值最大。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 聚合物/无机纳米复合材料研究现状

1.3 PC材料概述

1.4 纳米TiO2简介

1.5 论文的研究意义及研究内容

2 PC/TiO2纳米复合材料的制备及力学性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 PC/TiO2纳米复合材料热稳定性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢