尼龙6纳米复合材料的制备、结构与性能
文献类型：学位论文
| 作者 | 孟弘 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-27 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 杨锐 |
| 关键词 | 尼龙6纳米复合材料 纳米碳管 蒙脱土 橡胶增韧 结晶动力学 |
| 其他题名 | Preparation, structure and properties of nylon 6 based nanocomposites |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 尼龙6是一种应用广泛的热塑性工程塑料，但其吸水率较高、热变形温度较低、在干态和低温时韧性较差、对缺口较敏感等缺点限制了它的应用。因此，本文分别采用纳米碳管、蒙脱土和橡胶对尼龙6进行改性，以期提升尼龙6的综合性能并扩大其使用范围。 本文首先对纳米碳管进行酸化处理和胺化处理，并通过SEM和TEM考察了尼龙6/纳米碳管复合材料的结构，然后研究了纳米碳管的引入对尼龙6的力学性能、结晶与熔融行为和摩擦磨损性能的影响。本文还研究了混料顺序对尼龙6/橡胶/蒙脱土三元复合材料结构和性能的影响，并通过XRD、SEM和TEM研究了复合材料的结构，最后分析了蒙脱土和橡胶的引入对尼龙6的力学性能、结晶与熔融行为、热稳定性、吸水性和流变性的影响。主要研究结果如下： 结构研究表明，酸化碳管表面的含氧极性基团相互作用较强而导致酸化碳管堆积紧密，对酸化碳管再进行胺化处理削弱了它们之间的相互作用而导致胺化碳管堆积松散，因此胺化碳管在尼龙6基体中具有较好的分散。拉伸断口的形貌表明，胺化碳管与尼龙6基体之间存在较强的界面结合。力学性能表明，尽管酸化碳管和胺化碳管都是尼龙6有效的增强剂，但胺化碳管的增强效果更佳。 结晶与熔融行为研究表明，酸化碳管和胺化碳管都是尼龙6有效的异相成核剂，都能提高尼龙6的结晶温度。等温结晶过程中酸化碳管和胺化碳管都能提高尼龙6的结晶速率，但在非等温结晶过程中二者都导致尼龙6结晶速率的降低。然而，酸化碳管和胺化碳管的引入对尼龙6的熔融行为影响并不明显。与酸化碳管相比，胺化碳管由于其较好的分散以及与尼龙6基体较强的界面结合，因而对尼龙6结晶行为的影响更显著。 摩擦磨损研究表明，胺化碳管是尼龙6有效的固体润滑剂，能显著降低尼龙6基体在干摩擦和水润滑条件下的摩擦系数和比磨损率。 混料顺序对尼龙6/橡胶/蒙脱土三元复合材料的结构和性能影响显著，先将尼龙6与蒙脱土混合，然后再用橡胶进行增韧得到的复合材料性能最好，此时蒙脱土多数呈剥离状态分散在尼龙6基体中，在橡胶中几乎没有蒙脱土。蒙脱土和橡胶的独立分散更好地发挥了蒙脱土的增强作用和橡胶的增韧效应，因而尼龙6/橡胶/蒙脱土三元复合材料表现出较好的刚性和韧性的平衡。 结构研究表明，复合材料中蒙脱土含量低于8wt%时，蒙脱土能够剥离成纳米片层，橡胶的引入并没有影响蒙脱土的剥离。橡胶与尼龙6的相容性良好，而蒙脱土的出现削弱了橡胶和尼龙6的相容性，导致三元复合材料中橡胶颗粒变大。 力学性能表明，蒙脱土能显著提高尼龙6的强度和模量，但导致尼龙6韧性降低；橡胶能显著提高尼龙6的韧性，但导致尼龙6强度和模量的下降。用蒙脱土和橡胶共同改性尼龙6，可以实现尼龙6同时增强和增韧的目的，使尼龙6/橡胶/蒙脱土三元复合材料达到刚性和韧性的平衡。 等温结晶过程中，蒙脱土和橡胶都是尼龙6的异相成核剂，都能提高尼龙6的结晶速率，但也导致尼龙6结晶活化能的增大，此外蒙脱土和橡胶对尼龙6的熔融行为影响较小。非等温结晶过程中，蒙脱土和橡胶都能提高尼龙6的结晶温度和结晶速率；蒙脱土的引入导致尼龙6的结晶度增大，而橡胶的引入却降低了尼龙6的结晶度；蒙脱土的引入导致尼龙6熔点的上升，橡胶的引入导致6熔点的下降，表明橡胶的引入破坏了尼龙6晶体结构的完善程度。 蒙脱土能显著增强尼龙6的热稳定性和抗吸水性；橡胶也可以提高尼龙6的抗吸水性，但降低了尼龙6的热稳定性。尼龙6及其复合材料熔体的粘度都随温度的升高而降低，随剪切速率的增大而降低，属于假塑性流体。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 121 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17034]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孟弘. 尼龙6纳米复合材料的制备、结构与性能[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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