尼龙6/SiO2-COOH和尼龙6/EBS/SiO2-COOH复合材料的制备及性能研究

论文摘要

尼龙6（PA6）的韧性、低摩擦系数和良好的耐磨性使得它在许多应用领域中取代金属和橡胶。然而，由于通常的尼龙6为线性结构，虽然力学性能较好，但是流动起来链锻之间会发生缠结作用，导致其流动性差，限制了它在小的或薄的部件或是精密的模塑制品中的应用。因此，开发高流动性的尼龙6，同时保持尼龙6原有的力学性能不下降具有十分重要的意义。本论文针对上述存在的问题，向体系中加入羧基化纳米二氧化硅纳米粒子（SiO2-COOH），使得粒子表面的羧基能和尼龙6的端氨基发生缩合反应，增加纳米粒子与尼龙6基体的相容性，提高尼龙6的机械性能。在此基础上，乙撑双硬脂酰胺（EBS）作为一种增塑剂加入到尼龙6基体中，EBS在一定范围内，可以提高尼龙6的流动性，同时会保持其原有的力学性能。因此，我们把EBS和SiO2-COOH同时加入到尼龙6基体中，希望流动性能和力学性能同时增加。本工作是通过己内酰胺的原位聚合制备了尼龙6/羧基化纳米二氧化硅（SiO2-COOH）纳米复合材料，目的是通过SiO2-COOH纳米粒子和尼龙6界面相互作用研究SiO2-COOH对尼龙6性能的影响。为了进行对比，纯尼龙6，尼龙6/SiO2（未改性的）和尼龙6/氨基化纳米二氧化硅（SiO2-NH2）也用同种方法制备了。利用红外光谱来表征SiO2-COOH和尼龙6/SiO2-COOH的结构，热重分析（TGA）结果显示，尼龙6/SiO2-COOH纳米复合材料在5%失重时的分解温度比纯尼龙6更高。差示扫描量热分析仪（DSC）显示，尼龙6/SiO2-COOH纳米复合材料的熔点，结晶温度和结晶度都要比纯尼龙6的低。纳米复合材料的力学性能测试结果显示，当加入SiO2-COOH到尼龙6基体中时，尼龙6/SiO2-COOH纳米复合材料具有更好的力学性能比纯尼龙6，尼龙6/SiO2和尼龙6/SiO2-NH2。采用扫描电镜（SEM）观察了SiO2，SiO2-NH2和SiO2-COOH纳米粒子在尼龙6基体中的形貌。采用原位聚合的方法制备了尼龙6/EBS/SiO2-COOH复合材料，为了进行对比，纯尼龙6和尼龙6/EBS复合材料也用同种方法制备得到了。当加入低含量的EBS和SiO2-COOH到体系中时，尼龙6/EBS/SiO2-COOH复合材料的熔融指数提高了50-80%比纯尼龙6。力学性能测试结果显示，尼龙6/EBS/SiO2-COOH复合材料的拉伸强度基本没有下降比纯尼龙6的，弯曲强度下降了17-21%，而缺口冲击强度大大提高了。扫描电镜观察了尼龙6/EBS/SiO2-COOH复合材料经缺口冲击测试后的断面形貌。差示扫描量热分析（DSC）结果表明，尼龙6/EBS/SiO2-COOH复合材料的熔点，结晶度和结晶温度比纯尼龙6的都要低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 尼龙 6 概述
• 1.1.1 尼龙 6 的结构与性质
• 1.1.2 尼龙 6 的合成方法
• 1.1.3 尼龙 6 的应用领域及特点
• 1.2 尼龙 6 的改性方法
• 1.2.1 填充改性
• 1.2.2 共混改性
• 1.2.3 纳米复合改性
• 1.2.4 共聚合改性
• 1.2.5 尼龙 6 改性研究展望
• 1.3 研究课题的提出及研究内容
• 2-COOH 纳米复合材料的制备及性能研究'>第2章 PA6/SiO₂-COOH 纳米复合材料的制备及性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原料
• 2.2.2 主要仪器
• 2-NH2和 SiO₂-COOH 的合成'>2.2.3 SiO₂-NH2和 SiO₂-COOH 的合成
• 2.2.4 纯尼龙 6 及尼龙 6 纳米复合材料的合成
• 2，纯尼龙 6 及尼龙 6 纳米复合材料的 FTIR 测试'>2.2.5 纳米 SiO₂，纯尼龙 6 及尼龙 6 纳米复合材料的 FTIR 测试
• 2.2.6 热失重分析
• 2.2.7 差示扫描量热分析
• 2.2.8 拉伸强度，弯曲强度和缺口冲击试验
• 2.2.9 缺口冲击断面的形貌观察
• 2.3 结果与讨论
• 2，SiO₂-NH2和 SiO₂-COOH 的表征'>2.3.1 SiO₂，SiO₂-NH2和 SiO₂-COOH 的表征
• 2-COOH 纳米复合材料的合成机理及 FTIR 分析'>2.3.2 尼龙 6/SiO₂-COOH 纳米复合材料的合成机理及 FTIR 分析
• 2.3.3 纯尼龙 6 和尼龙 6 纳米复合材料的热失重分析
• 2.3.4 纯尼龙 6 和尼龙 6 纳米复合材料的差示扫描量热分析
• 2.3.5 纯尼龙 6 和尼龙 6 纳米复合材料的力学分析
• 2.3.6 纯尼龙 6 和尼龙 6 纳米复合材料的缺口冲击断面的形貌分析
• 2.4 本章小结
• 2-COOH 复合材料的制备及性能研究'>第3章 尼龙 6/EBS/SiO₂-COOH 复合材料的制备及性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要原料
• 3.2.2 原料制备
• 3.2.3 相对粘度测试及分子量的计算
• 3.2.4 熔融指数的测定
• 3.2.5 力学性能及 DSC 的测试
• 3.2.6 缺口冲击断面的形貌观察
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 流动性能分析
• 3.3.2 机械性能分析
• 3.3.3 缺口冲击断面扫描电镜分析
• 3.3.4 差示扫描量热分析
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢