聚酰胺6/橡胶/天然粘土纳米复合材料的制备及其形态、结构与性能研究

论文摘要

为了降低聚酰胺6／粘土纳米复合材料的高制备成本以及解决材料韧性下降等问题，本研究采用一种低成本的新方法制备出剥离型聚酰胺6／橡胶／天然粘土纳米复合材料。在这个新工艺中，首先以橡胶乳液和蒙脱土浆液为原料制备出一种新型的全硫化粉末橡胶／蒙脱土复合粉末（ultra-fine fully-vulcanized powder rubber／montmorillonite，UFPRM），再将其与聚酰胺6进行熔融共混，就可得到聚酰胺6／橡胶／天然粘土纳米复合材料，所用的橡胶是一种具有特殊结构的超细全硫化粉末橡胶（ultra-fine fully-vulcanized powder rubber，UFPR）。本文分别以下面的三种复合粉末为原料：全硫化粉末丁苯吡橡胶／蒙脱土（VP-UFPRM）复合粉末、全硫化粉末硅橡胶／蒙脱土（S-UFPRM）复合粉末和全硫化粉末丙烯酸酯橡胶／蒙脱土（A-UFPRM）复合粉末，分别制备出聚酰胺6／VP-UFPRM纳米复合材料、聚酰胺6／S-UFPRM纳米复合材料和聚酰胺6／A-UFPRM纳米复合材料。微观形态研究表明，橡胶粒子在聚酰胺6（尼龙6）基体中分散良好，同时未有机化的蒙脱土在橡胶粒子之间的基体中实现剥离。 研究纳米复合材料的性能发现，三种尼龙6／UFPRM纳米复合材料都表现出高刚、高韧、高耐热性以及好的阻燃性。还发现，在相同份数下，三种尼龙6／UFPRM纳米复合材料的刚性和耐热性相差不大。但是由于三种复合粉末中含有不同的UFPR，不同的尼龙6纳米复合材料分别表现出不同的优异性能。尼龙6／VP-UFPRM纳米复合材料有较高的韧性，尼龙6／S-UFPRM纳米复合材料不仅有好的阻燃性还有好的热稳定性和加工流动性，而尼龙6／A-UFPRM纳米复合材料则兼有较高的韧性和热稳定性。 由于VP-UFPRM中的VP-UFPR与尼龙6具有很强的界面粘结力和很好的相容性，所以尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料具有很好的韧性。进一步研究发现，随着丁苯吡UFPRM加入量的增加，尼龙6／VP-UFPRM纳米复合材料的冲击强度随之增加：并且，丁苯吡UFPRM对高分子量尼龙6的增韧、增强效果好于低分子量尼龙6。同时，由于尼龙6中的VP-UFPR和MMT表现出对气体的协同阻隔效应，尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料也具有优异的阻隔性能。

论文目录

• 第一篇 绪论
• 第一章 聚酰胺6／粘土纳米复合材料研究进展
• 1.1 聚合物／粘土纳米复合材料的概述
• 1.1.1 层状硅酸盐的结构特性及其表面修饰
• 1.1.2 聚合物／粘土纳米复合材料的种类
• 1.1.3 聚合物／粘土纳米复合材料的插层过程的理论分析
• 1.2 尼龙6／粘土纳米复合材料制备方法
• 1.2.1 原位聚合制备尼龙6／粘土纳米复合材料
• 1.2.2 熔融插层制备尼龙6／粘土纳米复合材料
• 1.2.3 尼龙6与粘土浆液直接复合制备尼龙6／粘土纳米复合材料
• 1.3 尼龙6／粘土纳米复合材料的性能研究
• 1.3.1 尼龙6／粘土纳米复合材料的结晶性能
• 1.3.2 尼龙6／粘土纳米复合材料的流变性能
• 1.3.3 尼龙6／粘土纳米复合材料的物理机械性能
• 1.3.4 尼龙6／粘土纳米复合材料的阻隔性能
• 1.3.5 尼龙6／粘土纳米复合材料的阻燃性能
• 第二章 尼龙6的增韧改性
• 2.1 聚烯烃及弹性体增韧
• 2.2 刚性聚合物粒子增韧尼龙
• 2.3 无机粒子增韧尼龙
• 2.4 增韧机理
• 2.4.1 弹性体增韧机理
• 2.4.2 非弹性体增韧机理
• 第三章 尼龙6／粘土纳米复合材料的增韧改性
• 3.1 聚烯烃增韧尼龙6／粘土纳米复合材料
• 3.2 弹性体增韧尼龙6／粘土纳米复合材料
• 第四章 本论文的研究目的和意义
• 参考文献
• 第二篇 聚酰胺6／橡胶／天然粘土纳米复合材料的制备及其形态、结构与性能研究
• 第一章 超细全硫化粉末橡胶／蒙脱土（UFPRM）复合粉末的制备与表征
• 1.1 引言
• 1.2 全硫化粉末橡胶／蒙脱土复合型粉末（UFPRM）的制备
• 1.2.1 实验材料
• 1.2.2 全硫化粉末橡胶／蒙脱土复合粉末（UFPRM）的制备
• 1.2.3 全硫化粉末橡胶（UFPR）的制备
• 1.3 全硫化粉末橡胶／蒙脱土复合粉末（UFPRM）的表征
• 1.3.1 橡胶乳液和粘土浆液的混合液中橡胶粒子和蒙脱土的观测
• 1.3.2 复合粉末中蒙脱土层间距的表征
• 1.4 全硫化粉末橡胶／蒙脱土复合粉末（UFPRM）的微观结构分析
• 1.4.1 橡胶乳液和蒙脱土混合液的微观形态
• 1.4.2 全硫化粉末橡胶／蒙脱土复合粉末（UFPRM）中蒙脱土层间距分析
• 1.5 全硫化粉末橡胶／蒙脱土复合粉末（UFPRM）的形成机理探讨
• 1.6 小结
• 第二章 聚酰胺6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料的制备及其形态、结构与性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料的制备
• 2.2.1 实验原料及设备
• 2.2.2 尼龙6／VP-UFPRM复合材料的制备
• 2.3 尼龙6／ENPM复合材料性能测试与结构表征
• 2.3.1 物理机械性能测试
• 2.3.2 透气性系数测试
• 2.3.3 透射电镜观察（TEM）
• 2.3.4 X射线衍射（XRD）
• 2.3.5 示差扫描量热法（DSC）
• 2.4 尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料的微观形态及其分散机理
• 2.4.1 尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料的微观分析
• 2.4.2 丁苯吡UFPRM在尼龙6中分散机理
• 2.5 尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料的阻隔性能和物理机械性能
• 2.5.1 不同分子量的尼龙6对尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料物理机械性能的影响
• 2.5.2 剪切速率对尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料物理机械性能的影响
• 2.6 尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料的结晶行为
• 2.6.1 熔融挤出过程对尼龙6结晶行为的影响
• 2.6.2 尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料的等温结晶
• 2.6.3 尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料的非等温结晶行为
• 2.6.4 尼龙6／丁苯吡UFPRM纳米复合材料的晶型研究
• 2.7 小结
• 第三章 阻燃型聚酰胺6／硅UFPRM纳米复合材料的制备及其形态、结构与性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 尼龙6／S-UFPRM纳米复合材料的制备
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 尼龙6／S-UFPRM复合材料的制备
• 3.3 尼龙6／S-UFPRM纳米复合材料的制备性能测试与表征
• 3.3.1 物理机械性能测试
• 3.3.2 锥形量热仪（CONE）测试
• 3.3.3 热失重测试（TGA）
• 3.3.4 X射线衍射（XRD）
• 3.3.5 透射电镜（TEM）
• 3.3.6 元素分析
• 3.3.7 流变性能测试
• 3.4 尼龙6／S-UFPRM纳米复合材料的微观形态分析
• 3.5 尼龙6／S-UFPRM纳米复合材料的热稳定性分析
• 3.6 尼龙6／S-UFPRM纳米复合材料的燃烧性能
• 3.7 尼龙6／S-UFPRM纳米复合材料的物理机械性能
• 3.8 尼龙6／S-UFPRM纳米复合材料的流变行为
• 3.9 小结
• 第四章 聚酰胺6／丙烯酸酯UFPRM纳米复合材料的制备及其形态、结构与性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 尼龙6／丙烯酸酯UFPRM纳米复合材料的制备
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 尼龙6／丙烯酸酯UFPRM复合材料的制备
• 4.3 尼龙6／丙烯酸酯UFPRM复合材料性能测试与表征
• 4.3.1 物理机械性能测试
• 4.3.2 X射线衍射（XRD）
• 4.3.3 透射电镜（TEM）
• 4.3.4 原子力显微镜（AFM）
• 4.3.5 流变性能测试
• 4.3.6 示差扫描量热法（DSC）
• 4.3.7 动态热机械行为的表征（DMTA）
• 4.4 尼龙6／丙烯酸酯UFPRM纳米复合材料的微观形态分析
• 4.5 丙烯酸酯UFPRM中橡胶粒子在尼龙6分散机理探讨
• 4.6 尼龙6／丙烯酸酯UFPRM纳米复合材料的机械性能
• 4.7 尼龙6／丙烯酸酯UFPRM纳米复合材料的结晶行为
• 4.8 尼龙6／丙烯酸酯UFPRM纳米复合材料的动态力学热机械行为
• 4.8.1 A-UFPR／MMT重量比对尼龙6／A-UFPRM纳米复合材料的动态力学热机械行为的影响
• 4.8.2 不同份数的A-UFPRM对尼龙6／A-UFPRM纳米复合材料的动态力学热机械行为的影响
• 4.9 小结
• 第五章 聚酰胺6／UFPRM纳米复合材料的形态、结构与性能的研究比较
• 5.1 引言
• 5.2 尼龙6／UFPRM纳米复合材料的制备
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 尼龙6／UFPRM复合材料的制备
• 5.3 尼龙6／ENPM复合材料性能测试与表征
• 5.3.1 物理机械性能测试
• 5.3.2 X射线衍射（XRD）
• 5.3.3 透射电镜（TEM）
• 5.3.4 原子力显微镜（AFM）
• 5.3.5 流变性能测试
• 5.3.6 锥形量热仪（CONE）测试
• 5.3.7 热失重测试（TGA）
• 5.4 尼龙6／UFPRM纳米复合材料的微观形态分析
• 5.5 尼龙6／UFPRM纳米复合材料的性能
• 5.5.1 尼龙6／UFPRM纳米复合材料的物理机械性能
• 5.5.2 尼龙6／UFPRM纳米复合材料的燃烧性能
• 5.5.3 尼龙6／UFPRM纳米复合材料的热稳定性能
• 5.5.4 尼龙6／UFPRM纳米复合材料的流变性能
• 5.6 未有机化改性的粘土在熔融加工过程中剥离机理探讨
• 5.7 不同的UFPR对尼龙6／UFPRM纳米复合材料性能的影响
• 5.8 小结
• 参考文献
• 研究成果及发表的学术论文
• 致谢