SiO2@SEBS核壳颗粒增韧PA6体系的制备及其性能研究

作     者：陈景志 

作者单位：湖北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：施德安

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：核壳颗粒 增韧 后乳化 PA6 厚径比 

摘      要：在聚合物的增韧改性研究中,具有刚性无机内核和柔软橡胶外壳的核壳颗粒被认为是平衡聚合物韧性和模量的有效策略。前期研究发现在SiO-PBA核壳颗粒增韧环氧树脂体系和SiO@EVA核壳颗粒增韧PA6体系中均存在临界厚径比T和T(核壳颗粒中柔性外壳厚度与刚性内核直径之比的临界值)。T为体系发生脆韧转变时的厚径比,而T对应于复合材料模量与基体相等时的厚径比,高于该临界值,体系的模量将低于基体,且T值随核壳颗粒加载量的增加而单调减小。将厚径比T控制在临界范围内,即TTT时,可以同时有效地增强和增韧聚合物;更重要的是,T值与颗粒的尺寸大小和加载量无关。然而,前期的研究工作还有两个问题没有得到回答:(1)对于粒径多分散的核壳増韧体系,是否仍然存在一个T值?(2)在不同体系中所获得的临界厚径比T值存在较大的差异(PA6体系中T值为0.069,环氧树脂体系中T值为0.0375),T值的大小是由基体树脂还是橡胶壳层决定?当基体树脂相同,但壳层橡胶种类改变时,T值是否会有变化?为了回答以上问题,本文在前期工作基础上,以具有多分散粒径(100-600 nm)的市售SiO为刚性核,SEBS-g-MAH弹性体为柔性壳体,采用后乳化技术高效合成了多种不同厚径比的SiO@SEBS核壳纳米颗粒,并将其应用于增韧PA6树脂。探究了PA6基复合材料的耐热性及在冲击与拉伸载荷作用下的力学性能,主要的研究结果如下:(1)根据吸附理论,首先证实了通过后乳化工艺合成具有不同颗粒尺寸但厚径比相同的核壳颗粒是一种可行的方法。采用单因素法,通过探究乳化剂的种类和浓度、分散相和连续相的体积比以及乳化剪切速率对乳液体系的稳定性和分散液滴尺寸的影响,确定了在以吐温80/司班80(m/m=8/2)作乳化剂,复合乳化剂总浓度为4wt.%,两相体积比为1:10,乳化剪切速率为9500 rpm的条件下,可以成功地制备液滴中只包含一个刚性SiO核的稳定乳液体系。研究表明,SiO@SEBS核壳颗粒的厚径比T仅由SEBS-g-MAH与SiO的初始进料比决定,而与SiO内核尺寸没有关系。另外,厚径比T随SEBS-g-MAH/SiO-NH进料比的增大而单调增大,当SEBS-g-MAH与SiO的进料质量比由1/8到1/1时,核壳颗粒的厚径比由0.029增大到0.104。(2)采用熔体共混技术制备了一系列的PA6/SiO@SEBS共混体系,通过拉伸性能、缺口冲击性能及热变形温度测试、断面的微观形貌表征等手段探究了PA6基复合材料的热力学性能随核壳颗粒厚径比的变化规律及相关的增韧机制。结果发现,在具有多分散颗粒尺寸的核壳增韧体系中仍旧存在临界厚径比T和T,并且改变壳层橡胶的种类,T值变化较小。当核壳纳米颗粒的用量为15wt.%时,PA6/SiO@SEBS核壳增韧体系中T和T的值分别为0.059和0.104。将厚径比控制在0.059-0.104之间,可以同时实现PA6的增强和增韧。此外,该体系的T值(0.059)与PA6/SiO@EVA体系的T值(0.069)非常接近,可以初步说明核壳增韧体系的T值是由基体树脂的种类决定的。