埃洛石纳米管在聚丙烯纤维和集装袋模型共混物中的应用研究

论文摘要

本论文将具有天然纳米管结构的埃洛石纳米管（Halloysite nanotubes, HNTs）应用于聚丙烯纤维（Polypropylene fiber, PP fiber）和集装袋（Flexible Intermediate Bulk Containers, FIBC）模型共混物（PP/PET=90:10,简称FIBC-MB）的改性之中,研究制备了PP/HNTs纳米复合纤维及集装袋模型共混物（FIBC-MB）/SEBS-g-MAH/HNTs纳米复合材料,系统地研究了两种复合材料的制备、结构与性能。研究探索了几种制备的PP/HNTs纳米复合纤维的方法,最终确定了一条以复合母粒法制备PP/HNTs纳米复合纤维的方法及工艺路线,并实现了PP/HNTs纳米复合纤维的工业化生产。由这种方法制备的PP/HNTs纳米复合纤维中HNTs在PP基体的分散性好,可纺性要明显优于直接共混法,同时力学测试表明其对纳米复合纤维的增强效果最佳,比如在加入HNTs的份数在1wt%时,PP/HNTs纳米复合纤维的断裂强度提高了18.6%;同时HNTs能提高PP/HNTs纳米复合纤维的结晶温度及结晶度,对PP/HNTs纳米复合纤维的耐热性也有一定的提高。研究了利用HNTs及弹性体对集装袋模型模型共混物的改性技术,通过二步法制备FIBC-MB/SEBS-g-MAH/HNTs纳米复合材料,发现HNTs与SEBS-g-MAH能够产生协同作用,对复合材料产生增容和增韧的效果,其中冲击强度的最大增强幅度为118%,为FIBC的回收利用工业化提供了技术基础。提出一种SEBS-g-MAH弹性体包覆结构模型,并通过力学性能、结晶行为、微观形貌结构等进行研究;结果表明,在受到强烈的机械力及相互作用力的双重作用下,HNTs能够均匀分散在基体之中;同时在HNTs表面包覆一层弹性体作为相界面层,能通过相界面层重叠增加HNTs与PET的有效接触面积,有效改善HNTs在基体中的相容性;通过透射电镜观察,发现部分HNTs还被限制在相界面层之中,分析认为这就使得HNTs在FIBC-MB/SEBS-g-MAH/HNTS纳米复合物中能起到“钢筋”的作用,因而可以有效地传递和吸收应力;以加入5phr的HNTs为例,弹性体包覆HNTs制备的纳米复合材料在拉伸强度、冲击强度、弯曲强度及弯曲模量上分别比直接共混法提高了4.2%、14.1%、16.1%及12.2%。HNTs在复合体系中能起到明显的异相成核作用,发现随着HNTs含量的增加以及HNTs在基体中的相容及分散性改善,FIBC-MB/SEBS-g-MAH/HNTs纳米复合材料的结晶速率、结晶温度及结晶度都有所增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚丙烯纤维
• 1.2.1 聚丙烯纤维的应用与发展
• 1.2.2 聚丙烯纤维功能改性的研究现状
• 1.2.3 聚丙烯纤维纳米改性的研究进展
• 1.3 聚丙烯/PET共混材料及集装袋改性及回收的研究进展
• 1.3.1 PP、PET的结构与性能
• 1.3.2 PP增韧、PP/PET共混物相容改性的研究进展
• 1.3.3 集装袋回收利用的现状与研究进展
• 1.4 埃洛石纳米管
• 1.5 本研究的目的意义、主要内容及创新之处
• 1.5.1 本研究的目的与意义
• 1.5.2 本研究的主要内容
• 1.5.3 本研究的创新之处
• 第二章 HNTS制备PP/HNTS纳米复合纤维的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 原料与试样的制备
• 2.2.2 测试和表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 埃洛石纳米管及加工工艺对可纺性能的影响
• 2.3.2 两种纳米复合复合母粒制备PP/HNTs复合纤维力学性能的比较
• 2.3.3 不同含量的HNTs对PP/HNTs纳米复合纤维力学性能的影响
• 2.3.4 PP/HNTs纳米复合纤维微观形貌的研究
• 2.3.5 PP/HNTs纳米复合纤维熔融与结晶行为的研究
• 2.3.6 PP/HNTs纳米复合纤维的热稳定性的研究
• 2.3.7 HNTs对PP/HNTs纳米复合纤维密度的影响
• 2.3.8 改性埃洛石纳米制备PP/m-HNTs复合纤维的研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 HNTS改性集装袋模型共混物的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料与试样的制备
• 3.2.2 测试和表征
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 SEBS-g-MAH对集装袋模型共混物的增容效果
• 3.3.2 SEBS-g-MAH增容集装袋模型共混物的微观形貌分析
• 3.3.3 HNTs改性集装袋模型共混物力学性能的研究
• 3.3.4 HNTs改性集装袋模型共混物微观形貌的研究
• 3.3.5 SEBS-g-MAH弹性体包覆HNTs结构模型的研究
• 3.3.6 SEBS-g-MAH弹性体包覆HNTs表面接触角的研究
• 3.3.7 HNTs改性集装袋模型共混物透射电镜的研究
• 3.3.8 HNTs改性集装袋模型共混物结晶行为的研究
• 3.3.9 HNTs改性集装袋模型共混物的偏光显微镜分析
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件