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高性能PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料的研究

作　者: 高振滨
导　师: 宋国君
学　校: 青岛大学
专　业: 材料学
关键词: 尼龙6 三元乙丙橡胶 马来酸酐接枝三元乙丙橡胶 有机蒙脱土 纳米复合材料
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本课题选用自制的有机蒙脱土,采用熔融挤出法制备了分散均匀的剥离型的尼龙6/三元乙丙橡胶/有机蒙脱土(PA6/EPDM/OMMT)纳米复合材料,研究了有机蒙脱土种类和含量对纳米复合材料的力学性能、耐热性能和加工性能等的影响,并讨论了蒙脱土对于纳米复合材料结晶性能的影响。选择多种牌号的OMMT,采用熔融挤出法制备出了PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料,通过对纳米复合材料的力学性能,加工性能,耐热性能和结晶性能等进行了对比,优选出综合性能最佳的OMMT牌号,为进一步研究奠定了基础。利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(TEM)观察分析了材料的亚微观结构,确认制备出了分散均匀的剥离型PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料；通过观察材料的外观形貌,分析了材料相容性的变化；测试和分析了OMMT含量对纳米复合材料性能的影响。结果显示：随着OMMT用量的增加,材料的拉伸性能、抗弯性能、耐热性能大大提高。对比不含OMMT的样品,当OMMT用量为5.2wt.%时,复合材料的屈服强度提高了40.1%,弯曲强度提高了22.18MPa,热变形温度高达110.3℃,是纯样品的2倍多。采用熔融挤出法制备了尼龙6/三元乙丙橡胶/马来酸酐接枝三元乙丙橡胶/有机蒙脱土(PA6/EPDM/EPDM-g-MAH/OMMT)纳米复合材料和尼龙6/马来酸酐接枝三元乙丙橡胶/有机蒙脱土(PA6/EPDM-g-MAH/OMMT)纳米复合材料,研究了EPDM-g-MAH用量的不同对材料各种性能的影响,同时研究了OMMT用量的不同对PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料各项性能的影响。结果表明,随着EPDM-g-MAH用量的增加,复合材料的的韧性大幅提高。对比不含EPDM-g-MAH的样品,当EPDM-g-MAH用量为3.4wt.%时,PA6/EPDM/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的冲击强度提高了64%。而OMMT的加入则大大提高了材料的力学性能、耐热性能。对比不含OMMT的样品,当OMMT用量为3.5wt.%时,PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的屈服强度提高了30%,弯曲强度提高了22.87MPa,热变形温度提高了41.6℃,具有更加优异的综合性能。依据实验基础,探索研究了OMMT和EPDM-g-MAH在复合材料中的作用机理,分析讨论了OMMT在纳米复合材料中的增强及增容作用及EPDM-g-MAH在纳米复合材料中的增容作用,发现两种物质在复合材料体系具有优势互补,协同作用的效果。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-8
第一章 文献综述  8-32
  1.1 前言  8-10
  1.2 聚合物基纳米复合材料的概述  10-12
    1.2.1 聚合物基纳米复合材料的类型  10
    1.2.2 聚合物基纳米复合材料的制备方法  10-11
    1.2.3 聚合物基纳米复合材料的性能及应用  11-12
  1.3 蒙脱土的形态结构,性质和有机化改性  12-18
    1.3.1 蒙脱土的形态结构  12-13
    1.3.2 蒙脱土的特性  13-14
    1.3.3 蒙脱土的有机化改性  14-18
  1.4 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的研究进展  18-22
    1.4.1 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法  18-19
    1.4.2 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的微观结构特点  19-20
    1.4.3 聚合物/蒙脱土纳米复合材料常用的表征方法  20
    1.4.4 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的优点  20-22
  1.5 PA6的发展、结构与性能及常用的增强增韧改性方法  22-28
    1.5.1 PA6的发展历史  22
    1.5.2 PA6的结构与性能  22-23
    1.5.3 PA6的常用改性方法  23-28
  1.6 EPDM的发展、结构与性能  28-30
    1.6.1 三元乙丙橡胶的发展历史  28
    1.6.2 三元乙丙橡胶的结构  28-29
    1.6.3 三元乙丙橡胶的性能  29-30
  1.7 本课题研究的目的与意义  30-32
第二章 实验部分  32-35
  2.1 实验原料及主要实验仪器  32
    2.1.1 实验原料  32
    2.1.2 主要实验仪器  32
  2.2 有机蒙脱土的制备流程图  32-33
  2.3 纳米复合材料的测试标准和方法  33-35
    2.3.1 透射电镜(TEM)分析  33
    2.3.2 扫描电镜(TEM)分析  33
    2.3.3 力学性能测试  33
    2.3.4 热变形温度测试  33-34
    2.3.5 熔体流动速率测试  34
    2.3.6 熔融结晶性能测试  34-35
第三章 PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料的性能研究  35-63
  引言  35
  3.1 PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料的制备  35
  3.2 PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料的形貌分析  35-39
    3.2.1 PA6/EPDM复合材料与PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料的外观形貌对比  36-37
    3.2.2 PA6/EPDM复合材料与PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料的SEM照片对比  37-39
  3.3 PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料的透射电镜(TEM)分析  39
  3.4 不同牌号的有机蒙脱土对PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料的影响  39-47
    3.4.1 不同牌号有机蒙脱土对PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料力学性能的影响  39-43
    3.4.2 不同牌号有机蒙脱土对PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料加工性能的影响  43-44
    3.4.3 不同牌号有机蒙脱土对PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料耐热性能的影响  44-45
    3.4.4 FMO112~#有机蒙脱土对PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料结晶性能的影响  45-47
  3.5 不同OMMT含量对PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料的影响  47-56
    3.5.1 不同OMMT含量对PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料力学性能的影响  47-52
    3.5.2 不同OMMT含量对PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料加工性能的影响  52-53
    3.5.3 不同OMMT含量对PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料耐热性能的影响  53-54
    3.5.4 1~#与4~#样品DSC测试数据的对比  54-55
    3.5.5 3~#与4~#样品的微观结构分析  55-56
  3.6 EPDM在PA6/EPDM/OMMT纳米复合材料中的增韧作用的初步探索  56-62
    3.6.1 PA6/OMMT纳米复合材料的微观结构分析  57-58
    3.6.2 四种样品的的力学性能分析  58-61
    3.6.3 四种复合材料的加工性能对比  61
    3.6.4 四种复合材料的耐热性能对比  61-62
  3.7 本章小结  62-63
第四章 EPDM-g-MAH在PA6/OMMT纳米复合材料中的应用  63-85
  前言  63
  4.1 PA6/EPDM/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的结构与性能  63-70
    4.1.1 PA6/EPDM/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的制备  63-64
    4.1.2 PA6/EPDM/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的亚微观结构分析  64
    4.1.3 PA6/EPDM/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的力学性能  64-68
    4.1.4 PA6/EPDM/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的加工性能  68-69
    4.1.5 PA6/EPDM/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的耐热性能  69-70
  4.2 不同EPDM-g-MAH用量对PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料结构与性能的影响  70-77
    4.2.1 PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的制备  70
    4.2.2 PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的外观分析  70-71
    4.2.3 不同EPDM-g-MAH用量下PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的亚微观结构  71-72
    4.2.4 不同EPDM-g-MAH用量下PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的力学性能  72-75
    4.2.5 不同EPDM-g-MAH用量下PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的加工性能  75-76
    4.2.6 不同EPDM-g-MAH用量下PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的耐热性能  76-77
  4.3 不同OMMT用量对PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料结构与性能的影响  77-83
    4.3.1 不同OMMT用量下PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的力学性能  77-80
    4.3.2 不同OMMT用量下PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的加工性能  80-81
    4.3.3 不同OMMT用量下PA6/EPDM-g-MAH/OMMT纳米复合材料的耐热性能  81-82
    4.3.4 1~#和3~#样品的结晶行为研究  82-83
  4.4 本章小结  83-85
结论  85-86
参考文献  86-89
攻读学位期间的研究成果  89-90
致谢  90-91

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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