有機(jī)累托石納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能.pdf

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1、佘希鋒，等：PA6／有機(jī)累托石納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能l3PA6／有機(jī)累托石納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能木。余希鋒馬曉燕宋春瑩(西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，西安710129)摘要采用兩種自制有機(jī)累托石、兩種已商業(yè)化的有機(jī)蒙脫土分別和尼龍(PA)6經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出制備PA6／有機(jī)粘土復(fù)合材料。利用射線衍射(XRD)分析了有機(jī)粘土在復(fù)合材料中的解離情況和聚合物的晶型，利用偏光顯微鏡分析了粘土對(duì)PA6結(jié)晶形貌的影響，并分析了復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能。結(jié)果表明，四種有機(jī)粘土與PA6均可形成剝離型納米復(fù)

2、合材料，粘土有利于PA6的晶型生長(zhǎng)，細(xì)化了PA6的球晶；不同有機(jī)粘土復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模量都有增加，缺口沖擊強(qiáng)度都有下降；四種有機(jī)粘土改性復(fù)合材料性能相比，自制有機(jī)累托石對(duì)PA6力學(xué)性能的改性效果優(yōu)于兩種有機(jī)蒙脫土。關(guān)鍵詞尼龍6有機(jī)粘土納米復(fù)合材料晶型力學(xué)性能尼龍(PA)因具有優(yōu)良的物理性能及力學(xué)性能了納米復(fù)合材料，研究了四種納米復(fù)合材料的微觀而廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程、汽車零部件、紡織、電器、體結(jié)構(gòu)，分析了力學(xué)性能的差異。育用品等各個(gè)領(lǐng)域。但是，作為結(jié)構(gòu)材料，人們對(duì)1實(shí)驗(yàn)部分PA的強(qiáng)度、耐熱性、尺

3、寸穩(wěn)定性等提出更高的要求。1．1原材料所以，PA改性就成為這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。PA6切片：MF800，江蘇瑞美福實(shí)業(yè)(高分子聚玻璃纖維、無機(jī)填料增強(qiáng)PA是常用的改性方合)有限公司；法。但纖維、無機(jī)填料在添加量高的情況下才能滿有機(jī)累托石：自制，制備方法參見文獻(xiàn)J，采用足性能要求，較高的添加量會(huì)導(dǎo)致熔體流動(dòng)性差、加的累托石原材料為湖北鐘祥名流累托石開發(fā)有限公工困難。自日本豐田汽車公司首次用改性蒙脫土增司生產(chǎn)，陽離子交換量為90mmol／100g，根據(jù)改性強(qiáng)PA以來，采用天然納米硅酸鹽粘土增強(qiáng)改性PA劑的結(jié)構(gòu)

4、，分別將合成的有機(jī)累托石命名為的研究引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣j。有機(jī)改OREC1、OREC2，其中OREC2改性劑的烷基鏈較長(zhǎng)；性納米粘土在添加量5％時(shí)就可使PA強(qiáng)度達(dá)到纖有機(jī)蒙脫土：美國南方粘土公司產(chǎn)的SCPX維添加量為30％時(shí)的強(qiáng)度。這是因?yàn)榧{米粘土在1137型有機(jī)蒙脫土，浙江豐虹粘土化工有限公司產(chǎn)熔融過程中可以解離成單個(gè)具有一定長(zhǎng)徑比的無機(jī)的DK一5型有機(jī)蒙脫土(層間距為1．5nm)；片層結(jié)構(gòu)，分散在聚合物中的無機(jī)片層與聚合物之其它試劑：均為化學(xué)純，市售。間可形成強(qiáng)烈的界面作用，從而大大提高聚合

5、物強(qiáng)1．2儀器和設(shè)備度。國外研究表明，有機(jī)蒙脫土質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為3．2％雙螺桿擠出機(jī)：SHJ一20型，南京杰恩特機(jī)電有時(shí)復(fù)合材料的模量與純PA6相比提高了35％左右，限公司；．拉伸強(qiáng)度提高了18％左右。在我國，關(guān)于有機(jī)注塑機(jī)：128MKⅢ型，香港震雄機(jī)器廠；粘土改性聚合物的研究也很多J，但工業(yè)化應(yīng)用x射線衍射(XRD)儀：D／MAX一3C型，日本理的不多。這主要是因?yàn)閲鴥?nèi)品質(zhì)優(yōu)良的蒙脫土礦較學(xué)株式會(huì)社；少，有機(jī)礦物表面性能不能滿足聚合物改性需要，粘偏光顯微鏡：XPT一7型，南京江南光電(集團(tuán))土在聚合物中不

6、能得到充分解離，改性復(fù)合材料性股份有限公司；能提高幅度不明顯。拉伸試驗(yàn)機(jī)：UTM6000型，深圳三思縱橫科技累托石是具有與蒙脫土結(jié)構(gòu)相似的硅酸鹽片層股份有限公司；結(jié)構(gòu)的天然粘土，這種粘土具有較高陽離子交換量簡(jiǎn)支梁塑料擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)：PTM1200型，深和較大的層間距(2nm)，我國已探明儲(chǔ)量較豐富。圳三思縱橫科技股份有限公司。針對(duì)PA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，筆者選用自制的兩種有機(jī)累托石與PA6熔融共混，并同時(shí)選取兩種國內(nèi)外已商陜西省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(2009JZ004)、西北工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新基金(2010KJ020

7、4)品化的用于改性PA的有機(jī)蒙脫土作為對(duì)比，制備收稿日期：2011-07—1314工程塑料應(yīng)用2011年，第39卷，第1O期1．3PA6／有機(jī)粘土納米復(fù)合材料的制備進(jìn)入到硅酸鹽片層之間。由此可見四種有機(jī)硅酸鹽將PA6在真空烘箱內(nèi)于120cI=下處理12h，然粘土通過熔融共混可以解離成為納米尺寸而分散在后將其與四種有機(jī)粘土混合均勻，其中有機(jī)粘土的PA6基體中，最終形成剝離型納米復(fù)合材料。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％，用雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出，并用切割機(jī)造粒。擠出機(jī)自加料段到機(jī)頭溫度依次為185、200、230、245、2

8、50、255、260、260、270qC，螺桿轉(zhuǎn)速為100r／min。制備的四種納米復(fù)合材料分別標(biāo)記為：PA6／OREC1、PA6／OREC2、PA6／DK5和PA6／1137。246810為了更為確切評(píng)價(jià)粘土在納米復(fù)合材料中的作20／(。)用，分別取少量已干燥的納米復(fù)合材料粒料置于陶a__PA6：b__一PA6／OREC1：c—PA6／OREC2；d-PA6／DK5；e—PA6／1137瓷坩堝內(nèi)，在馬弗爐中，900~C下焚燒45rain，