两步熔融共混法制备PA6/POE/OMMT纳米复合材料及其性能研究

作     者：郝黎霞 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡国胜

授予年度：2010年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：尼龙6 POE 纳米复合材料 流变行为 结晶动力学 

摘      要：尼龙6作为一种工程塑料,具有优良的耐磨性、自润滑性和耐热性,而且耐油性优良,机械强度高,易加工成型等优点。但是尼龙6也存在高吸水率、热变形温度低和缺口冲击强度差等缺点。一般采用添加弹性体的方法提高尼龙的韧性,但同时会导致材料强度、刚度、热变形温度的损失,而纳米蒙脱土则具有弥补上述损失的功能。目前大多数研究集中于尼龙/弹性体二元共混物和尼龙/蒙脱土纳米复合材料,关于尼龙/弹性体/蒙脱土三元纳米复合材料的研究报道不多。本课题旨在提高尼龙6的综合性能,采用两步熔融共混法制备了PA6/POE/OMMT三元纳米复合材料。除了对其结构、力学性能和阻隔性等进行了研究外,还系统研究了复合材料的流变性能、熔融行为和结晶动力学。 本文的研究工作主要相关内容及研究结果如下： (1)以尼龙6、POE和处理过的蒙脱土为主要原料制备了PA6/POE/OMMT纳米复合材料 通过同向双螺杆挤出机利用原位增容技术制得韧性PA6/POE共混物,再将增容后的PA6/POE二元共混物与有机改性蒙脱土采用熔融插层法制得PA6/POE/OMMT三元纳米复合材料。采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、广角X射线(WAXD)和扫描电镜(SEM)对其结构进行了表征;使用差示扫描量热分析(DSC)和热失重(TG)对复合材料的热性能进行了研究;测定了纳米复合材料的力学性能和吸水率、吸油值。结果表明纳米复合材料的力学和阻隔性能及热稳定性均有所提高。 (2) PA6/POE/OMMT纳米复合材料的流变性能研究 在所研究的剪切速率范围内,非牛顿指数n值在所选温度下都小于1,表明PA6/POE/OMMT纳米复合材料是假塑性流体,表现为切力变稀现象,且非牛顿指数整体上随蒙脱土含量的增高而减小;在给定剪切应力和剪切速率下,熔体的表观粘度在OMMT含量为3%时达到最大值。同时发现OMMT的加入降低了共聚物的粘流活化能。 (3)研究了PA6/POE/OMMT纳米复合材料的熔融行为和结晶动力学 利用差示扫描量热仪、偏光显微镜对PA6/POE/OMMT纳米复合材料的结晶过程及熔融行为进行了研究。等温结晶研究结果表明：Avrami方程能很好的描述复合材料的等温结晶行为,蒙脱土的加入起到了异相成核的作用,同时发现蒙脱土的加入未改变基体的晶型;非等温结晶研究结果表明：Ozawa理论不适用于描述PA6/POE/OMMT的非等温结晶过程,而修正的Avrami方程和Mo法能很好的处理此过程。OMMT的加入虽然提高了共混物的结晶成核速率,但并没有改变PA6/POE共混物的成核和晶体生长规律。最后在实验的基础上,拟合得到了结晶动力学参数。同时还利用Hoffman-Weeks公式和Hoffmann-Lauritzen理论求得了复合材料的平衡熔点和非等温过程中的结晶活化能;偏光显微镜研究结果表明：OMMT的加入进一步使共混物的球晶数目增多,粒径减小。