• 最新论文
  • PA1212PA1012增韧复合材料的制备及性能研究 奥科学家:中国量子通信成就会让爱因斯坦惊讶 PA1212PA1012增韧复合材料的制备及性能研究 朱亦鸣:拿了72%股权还是做科研 PNAS:婴儿对概率有直觉认识 奥科学家:中国量子通信成就会让爱因斯坦惊讶 中国科学家首次用小鼠干细胞体外制造出功能精子 中国科学家首次用小鼠干细胞体外制造出功能精子 中国科学家首次用小鼠干细胞体外制造出功能精子 PA1212PA1012增韧复合材料的制备及性能研究 奥科学家:中国量子通信成就会让爱因斯坦惊讶 人为何会中年发福中外科学家提出新机理 奥科学家:中国量子通信成就会让爱因斯坦惊讶
  • 推荐论文
  • PA1212PA1012增韧复合材料的制备及性能研究 奥科学家:中国量子通信成就会让爱因斯坦惊讶 PA1212PA1012增韧复合材料的制备及性能研究 朱亦鸣:拿了72%股权还是做科研 PNAS:婴儿对概率有直觉认识 奥科学家:中国量子通信成就会让爱因斯坦惊讶 中国科学家首次用小鼠干细胞体外制造出功能精子 中国科学家首次用小鼠干细胞体外制造出功能精子 中国科学家首次用小鼠干细胞体外制造出功能精子 PA1212PA1012增韧复合材料的制备及性能研究 奥科学家:中国量子通信成就会让爱因斯坦惊讶 人为何会中年发福中外科学家提出新机理 奥科学家:中国量子通信成就会让爱因斯坦惊讶
  • 热门标签
  • 日期归档
  • PA1212PA1012增韧复合材料的制备及性能研究

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2020-03-11

    高分子材料作为四大支柱材料之一,近年来朝着功能化、工程化、高性能化和结构化方向发展。高附加值材料越来越受到重视。高分子材料的高性能是近年来高分子材料科学与工程的主要发展方向。高性能聚合物材料的制备是当今[聚合物领域的主要发展方向之一。它直接影响着聚合物工业的发展。随着社会的进步,科学的发展和国民经济各部门对材料的要求越来越高,越来越多样化。人们经常希望这种材料既有较高的韧性,又有较好的强度。耐高温,易于成型。它耐用又便宜。显然,单一聚合物材料很难满足如此高的要求。因此,为了满足人们对材料的需求,解决单一高分子材料的局限性,高分子材料的改性是一种切实可行的方法。

    新高分子材料的合成或现有聚合物的化学改性不仅开发周期长,而且成本高、工艺复杂、设备要求高、工业实施困难。相比之下,聚合物的物理改性和聚合物材料的增强增韧是简单、有效、廉价和可行的方法。据统计[2],新型工业化聚合物从开发到中试需要近2亿美元的投资,而新型聚合物复合材料的开发和工业化只需要数百美元,一些聚合物复合材料的机械性能可以与铝合金竞争,远不能与非均质聚合物相比。因此,聚合物复合材料引起了人们的广泛关注,发展迅速。聚合物复合材料是一大类复合材料。由于其重量轻、比模量高、比强度高、来源丰富、加工方便等优越特性,被广泛应用于航空航天、交通运输、建筑、电子、机械、化工等领域,甚至成为[3]许多高科技领域的支撑材料。

    聚酰胺(聚酰胺,PA),又称尼龙,自杜邦公司发明以来,已有半个多世纪的历史。迄今为止,它的应用仍然非常广泛,在五大工程塑料(聚碳酸酯、聚酰胺、聚苯醚、聚甲醛和聚对苯二甲酸丁二醇酯)中往往非常重要。聚酰胺品种很多,如PA6、PA66、PA46、PA11、PA12、PA1010、PA612、PA6T、PA9T等。PA66和PA6在市场上占据主导地位,也是研发的重点。尼龙可分为短碳链尼龙和长碳链尼龙。长碳链尼龙(Long carbon chain nylon)是指在两个酰胺基团之间有10个以上碳原子的尼龙,如PA1010、PA1012、PA1212等。对于短碳链尼龙,长碳链尼龙具有其独特的物理化学性能,如吸水率低、尺寸稳定性好、韧性好、抗震耐寒性能优越、易于加工等特点,因此它广泛应用于军事、航空航天、汽车等领域[4-6]。然而,长碳链尼龙对缺口敏感,即缺口冲击强度低,不能满足更高要求的需要。为了满足这些要求,提高其韧性和缺口冲击强度成为本课题的研究重点。

    1.1聚合物共混改性

    共混改性是将两种或多种现有聚合物混合形成具有所需特性的新材料的改性方法。

    在实际应用中,聚合物通常需要具有高强度和良好的韧性。单个聚合物很难满足相反的物理性能,例如耐热性和容易成型。此外,开发新的聚合物是困难的、昂贵的、长期的和不可预测的。相比之下,通过聚合物共混改性开发聚合物合金由于投资少、设备简单而更加经济有效。聚合物共混改性已成为[7-10]发展高分子材料的主要途径之一。不同聚合物的共混可以改善高分子材料的力学性能和加工性能,降低高分子材料的成本,赋予它们特殊的性能。

    共混改性一般可分为化学法和物理法。

    化学法(Chemical method)一般是指在熔融混合过程中,向基体材料中加入一种或多种其他物质以产生化学反应,从而提高基体树脂性能的改性方法。制备聚合物复合材料最典型的化学方法是IPN法。操作是制备交联聚合物,在含有活化剂和交联剂的第二单体中溶胀交联聚合物,然后聚合。由第二反应产生的交联聚合物和由第一反应产生的交联聚合物相互渗透,从而实现两种聚合物的共混。在这个系统中,两种聚合物形成的网络之间没有接枝或化学交联。相反,两种聚合物通过两相界面区域中不同链段的扩散而缠结,从而实现两相之间的良好结合并形成互穿网络系统。

    物理改性要简单得多,在基体树脂中加入其他高分子材料或一些改性剂,然后混合均匀。一般物理共混改性仅在混合或混合过程中发生物理变化。物理共混方法可分为溶液共混、乳液共混和熔融共混。熔融共混是目前应用最广泛的共混方法,具有工业应用价值。这种方法一般使用挤出机或开炼机或密炼机等设备将高分子组分加热至熔融状态,然后使用机械剪切力将高分子组分充分均匀混合,因此这种方法也可以称为机械共混法。

    当然,随着聚合物合金技术的发展,物理改性和化学改性之间没有明显的界限,两者相互渗透。

    高分子材料的共混改性主要有以下功能:

    在保证材料使用性能的同时降低成本。在常用的填料材料中,无机填料的加入价格远低于基体树脂,因此整个材料的成本明显降低。

    现有的聚合物材料可以被官能化以制备具有特殊功能的聚合物材料。通过在基体中加入第二组分,可以得到抗静电、抗老化、耐磨等多种功能材料,不仅简单经济,而且易于实现工业化生产,比新结构的高分子材料更简单有效。

    可以改善材料的物理和机械性能。例如提高材料的韧性、增加材料的强度和硬度等。对于聚合物改性剂,加入合适的增容剂可以改善基体与改性剂之间的相容性,使改性剂均匀分散在基体中,与基体结合更好,在材料强度不下降或下降不多的情况下,可以提高材料的韧性。对于填充有无机粉末的聚合物材料,无机粉末的适当表面处理可以进一步提高材料的强度,同时保持材料的韧性不会降低或不降低太多。

    提高材料的成型性。加工产品直接反映了材料的使用价值。改性可以提高高分子材料的熔体流动性,降低材料的吸水率,从而优化成型工艺。

    1.2尼龙的增韧改性

    尼龙是一类高分子主链重复单元中含有酰胺基团的聚合物的总称。尼龙分子结构中含有大量酰胺基团,所以它是一类极性很强的结晶聚合物,分子之间可以形成氢键并具有一定的反应性。尼龙的改性主要从两个方面着手:化学改性,即通过嵌段或接枝、交联等化学方法使其具有更好的性能。

    物理改性,即与其他树脂混合,填充无机填料,添加各种添加剂等。改善或提高尼龙的综合性能。

    尼龙具有许多优点,如高机械强度、耐磨性、耐油性、耐热性等。它具有良好的综合性能,但在许多应用领域对尼龙的韧性有较高的要求。为了满足这些领域的应用,有必要对尼龙进行增韧改性研究。为此,国内外学者对增韧尼龙进行了大量的研究。目前,研究主要集中在以下几个方面:

    1.2.1弹性体增韧尼龙

    增韧材料。无论是工程塑料如聚丙烯、聚甲醛,还是普通塑料如聚丙烯,弹性体都被广泛应用于[11-17]。一般来说,弹性体具有高冲击强度和大断裂伸长率的特点,因此国内外研究人员通过熔融共混将其与基体树脂混合制备增韧复合材料,希望将弹性体的高韧性引入基体树脂,从而提高基体树脂的韧性。

    弹性体的增韧机理始于20世纪50年代,逐渐成熟,并在60年代中期得到广泛认可。巴克纳尔和史密斯在1956年提出了多重热理论[18],其核心是热的扩张和终止。在强冲击下,基体树脂中作为应力集中点的弹性体颗粒会产生大量裂纹,这些裂纹会吸收大量冲击能量,这是提高材料冲击性能的主要原因。然而,当银纹尖端的应力集中降低到银纹生长的临界值或遇到弹性体颗粒时,银纹可以终止而不会损坏。然而,当弹性体颗粒过大或过小,且两个颗粒之间的距离过大时,增韧效果不明显。有时弹性体颗粒作为应力集中点会导致开裂,但不能终止开裂,从而降低材料的冲击强度。因此,为了达到良好的增韧效果,弹性体对粒径和距离有一定的要求。苏恒武[19-20]在三元乙丙橡胶增韧PA66的研究中提出了渗流理论。吴将颗粒间的距离定义为基体韧带厚度τ,指出τ是弹性体增韧的基本因素。当στc时发生脆性断裂。然而,当πτc出现时,材料将经历延性断裂。吴素恒给出了τ:

    τ=d[(π/6φr)1/3-1(1.1)

    其中τ是分散相粒子之间的距离,微米;

    d是分散相粒子的直径,微米;

    φ r是分散相的体积分数,%。

    如果φr已知,脆-韧性转变过程中的临界颗粒直径dc被代入上述公式,临界颗粒之间的距离τc,即

    τc=dc[(π/6φr)1/3-1] (1.2)

    τc仅仅是一个矩阵参数,与分散相的颗粒直径和分散相的含量无关。

    近年来,国内外弹性体增韧尼龙主要集中在以下几个方面:

    1.2.1.1尼龙/聚烯烃弹性体

    尼龙和聚烯烃弹性体共混改性一般可以大大提高尼龙的冲击韧性和拉伸韧性,但极性尼龙和非极性聚烯烃弹性体共混得到的合金材料相容性差,相分离现象严重,因此获得综合性能更好的尼龙/聚烯烃弹性体复合材料,解决相容性问题尤为重要。典型的方法是马来酸酐与聚烯烃弹性体反应,使弹性体官能化。官能化聚烯烃弹性体可以与尼龙的氨基反应生成接枝弹性体接枝尼龙共聚物,从而提高尼龙与弹性体的相容性,有利于在尼龙基体中形成稳定均匀的弹性体颗粒结构。

    Borggreve。[21],研究了三元乙丙橡胶含量和粒径对PA6/三元乙丙橡胶-马来酸酐复合材料脆韧性转变的影响。结果表明,随着三元乙丙橡胶含量的增加,复合材料的冲击强度大幅提高,随着三元乙丙橡胶含量的增加,复合材料的脆韧性转变温度逐渐降低,橡胶颗粒的粒径也随之减小。

    杜国强等人[22]马来酸化三元乙丙橡胶以形成三元乙丙橡胶-马来酸酐,然后将其与PA6共混。所得复合材料的冲击强度随着三元乙丙橡胶接枝马来酸酐含量的增加而增加。当含量为20%时,复合材料的冲击强度达到最大62 kJ/m2,约为纯PA6冲击强度的7倍。此后,三元乙丙橡胶接枝马来酸酐的含量继续增加,但复合材料的冲击强度下降。

    (乙烯/辛烯)共聚物(POE)是杜邦公司于1994年开发的一种新型聚烯烃弹性体。由于其低硬度、良好的弹性和柔韧性,被广泛用作各种高分子材料的增韧剂。王薇薇等人[23]通过熔融接枝法制备了聚环氧乙烷接枝马来酸酐,同时在PA6中加入了聚环氧乙烷和聚环氧乙烷作为增韧剂。结果表明,PA6/POE/POE-g-MAH复合材料的缺口冲击强度比纯PA6高近9倍,达到62 kJ/m2,其他力学性能变化不大。王万杰等人[24]用流变方法测定了缺口冲击强度最佳时PA1212/POE-g-MAH复合材料的质量比。结果表明,PA1212/POE-g-MAH复合材料的动态流变数据在所研究的浓度范围内有一个“凝胶点”,由该点对应组成得到的复合材料缺口冲击强度最高。

    友情链接: