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沙袋结构增韧PA6/EPDM/nano-CaCO_3三元复合材料的形态、性能及增韧机理研究

作　者: 傅李丹
导　师: 王旭
学　校: 浙江工业大学
专　业: 材料学
关键词: 聚酰胺6 三元乙丙橡胶 纳米碳酸钙 增韧 “沙袋结构”
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


聚酰胺6 （PA6）是一种重要的工程塑料,但因其低温韧性较差等缺点而限制了应用。本论文以三元乙丙橡胶（EPDM）和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶（EPDM-g-MAH）的复配共混物为橡胶,纳米碳酸钙（nano-CaCO3）为无机粒子,通过在PA6基体中构建了EPDM包覆nano-CaCO3团聚体的“沙袋结构”粒子,制得高韧性的PA6三元复合材料,利用扫描电镜（SEM）、动态力学分析（DMA）等手段观察和研究了“沙袋结构”粒子在基体中的形态及在外力作用下的演变,并进一步探讨了“沙袋结构”粒子对PA6的增韧机理。主要研究内容和结果如下:1、通过nano-CaCO3表面处理和EPDM交联,调节EPDM—nano-CaCO3—PA6间的界面性能,研究了界面性能对PA6/EPDM/nano-CaCO3三元复合形态与性能的影响。结果表明,采用硬脂酸处理的nano-CaCO3分散在EPDM相中,形成“沙袋结构”,冲击强度大幅度提高;当过氧化二异丙苯（DCP）含量从0 wt%提高到0.30 wt%时,“沙袋结构”粒子粒径变大,三元复合材料的冲击强度下降。在受到外力作用时,含有均匀分散的“沙袋结构”粒子的三元复合材料通过“沙袋结构”粒子诱发微纤化和“扩张带”耗散外界作用能。2、共混工艺与注塑工艺对PA6/EPDM/nano-CaCO3三元复合材料的分散相形态有显著影响。采用两步法工艺制得的三元复合材料形成“沙袋结构”,而一步法工艺制得的三元复合材料中各组分独立分散。通过基本断裂功（EWF）测试发现“沙袋结构”有利于提高复合材料的断裂韧性和抵抗裂纹扩展能力。注射速率很大程度上决定了PA6/EPDM/nano-CaCO3三元复合材料皮芯层中“沙袋结构”粒子的完整性,随着注射速率的加快,试样皮层的“沙袋结构”粒子发生破裂,出现nano-CaCO3团聚体,芯层的“沙袋结构”粒子分散性较差,从而导致三元复合材料的冲击强度降低。3、从空洞和基体的塑性形变能力两方面来定量地研究复合材料的能量耗散。通过体积应变测试和平行于拉伸方向的断面SEM图观察,PA6/EPDM/nano-CaCO3 （两步法）三元复合材料（E4）的空洞体积大于PA6/nano-CaCO3二元复合材料（E1）、PA6/EPDM二元复合材料（E2）和PA6/EPDM/nano-CaCO3 （一步法）三元复合材料（E3）。垂直于拉伸方向的断面SEM图表明E4的基体塑性形变能力大于E1、E2和E3,因此,E4的能量耗散能力大于E1、E2和E3。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章 文献综述  12-30
  1.1 概述  12-13
  1.2 PA6 增韧改性研究  13-17
    1.2.1 PA6/橡胶  13-14
    1.2.2 PA6/刚性粒子  14-15
    1.2.3 PA6/橡胶/刚性粒子  15-17
  1.3 增韧机理的研究进展  17-23
    1.3.1 橡胶增韧机理  18-19
    1.3.2 刚性粒子增韧机理  19-21
    1.3.3 橡胶/刚性无机粒子协同增韧机理研究  21-23
  1.4 PA6 复合材料的发展趋势  23-24
  参考文献  24-30
第二章 本文的研究目的及意义  30-35
  2.1 本课题的研究背景  30-31
  2.2 本课题的研究意义和目的  31
  2.3 本课题的研究内容  31-32
  2.4 创新点  32
  参考文献  32-35
第三章 界面性能对 PA6/EPDM/nano-CaCO_3三元复合材料形态和性能的影响能  35-49
  3.1 概述  35-36
  3.2 实验部分  36-38
    3.2.1 主要原料  36
    3.2.2 主要设备  36
    3.2.3 试样制备  36-37
    3.2.4 工艺流程  37
    3.2.5 性能测试  37-38
  3.3 结果与讨论  38-46
    3.3.1 nano-CaCO_3 表面性能对PA6 三元复合材料形态和性能的影响  38-42
    3.3.2 EPDM 交联对PA6 三元复合材料形态和性能的影响  42-46
  3.4 本章小结  46-47
  参考文献  47-49
第四章 加工工艺对 PA6/EPDM/nano-CaCO_3三元复合材料形态和性能的影响  49-67
  4.1 概述  49-50
  4.2 基本断裂功测试(EWF)  50-52
  4.3 实验部分  52-53
    4.3.1 主要原料  52
    4.3.2 主要设备  52
    4.3.3 试样制备  52-53
    4.3.4 性能测试  53
  4.4 结果与讨论  53-64
    4.4.1 共混工艺对PA6 三元复合材料形态与性能的影响  53-60
    4.4.2 注塑工艺对PA6 三元复合材料形态与性能的影响  60-64
  4.5 本章小结  64
  参考文献  64-67
第五章 沙袋结构增韧机理研究  67-90
  5.1 概述  67-68
  5.2 实验部分  68-71
    5.2.1 主要原料  68
    5.2.2 主要设备  68
    5.2.3 试样制备  68-70
    5.2.4 性能测试  70-71
  5.3 分散相形态  71-72
  5.4 动态力学分析  72-74
  5.5 拉伸试验  74-84
    5.5.1 体积应变  74-75
    5.5.2 拉伸断面  75-84
  5.6 冲击试验  84-87
    5.6.1 冲击强度  84-85
    5.6.2 冲击断面  85-87
  5.7 本章小结  87-88
  参考文献  88-90
第六章 总结  90-92
致谢  92-93
硕士期间发表的学术论文  93

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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