尼龙6蒙脱土纳米复合材料的制备和性能研究_图文

1、 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的制备和性能研究 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 被引用次数： 王娜， 田一光， 封禄田， 张明学， 陈千贵 沈阳化工学院,辽宁,沈阳,110021 沈阳化工学院学报 JOURNAL OF SHENYANG INSTITUTE OF CHEMICAL TECHNOLOGY 2002，16(2 8次 参考文献(6条 1.乔放.李强.漆宗能 聚酰胺/粘土纳米复合材料的制备:结构表征及性能研究 1997(03 2.肖泳 聚合物/粘土纳米复合材料最新进展 1998(08 3.舒中俊.漆宗能 聚合物粘土纳米复合材料研究期刊论文-中国塑料 2000(03

2、4.赵竹第.李强.漆宗能 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的制备:结构与力学性能研究 1997(05 5.孙维林 粘土物化性能 1992 6.胡彭生 型砂 1997 相似文献(10条 1.学位论文 孟弘 尼龙6纳米复合材料的制备、结构与性能 2008 尼龙6是一种应用广泛的热塑性工程塑料，但其吸水率较高、热变形温度较低、在干态和低温时韧性较差、对缺口较敏感等缺点限制了它的 应用。因此，本文分别采用纳米碳管、蒙脱土和橡胶对尼龙6进行改性，以期提升尼龙6的综合性能并扩大其使用范围。 本文首先对纳米碳管进行酸化处理和胺化处理，并通过SEM和TEM考察了尼龙6/纳米碳管复合材料的结构，然后研究了纳米碳管的引

3、入对尼龙6的 力学性能、结晶与熔融行为和摩擦磨损性能的影响。本文还研究了混料顺序对尼龙6/橡胶/蒙脱土三元复合材料结构和性能的影响，并通过XRD、 SEM和TEM研究了复合材料的结构，最后分析了蒙脱土和橡胶的引入对尼龙6的力学性能、结晶与熔融行为、热稳定性、吸水性和流变性的影响。 主要研究结果如下： 结构研究表明，酸化碳管表面的含氧极性基团相互作用较强而导致酸化碳管堆积紧密，对酸化碳管再进行胺化处理削弱了它们之间的相互作用 而导致胺化碳管堆积松散，因此胺化碳管在尼龙6基体中具有较好的分散。拉伸断口的形貌表明，胺化碳管与尼龙6基体之间存在较强的界面结合 。力学性能表明，尽管酸化碳管和胺化碳管都是

4、尼龙6有效的增强剂，但胺化碳管的增强效果更佳。 结晶与熔融行为研究表明，酸化碳管和胺化碳管都是尼龙6有效的异相成核剂，都能提高尼龙6的结晶温度。等温结晶过程中酸化碳管和胺化碳 管都能提高尼龙6的结晶速率，但在非等温结晶过程中二者都导致尼龙6结晶速率的降低。然而，酸化碳管和胺化碳管的引入对尼龙6的熔融行为 影响并不明显。与酸化碳管相比，胺化碳管由于其较好的分散以及与尼龙6基体较强的界面结合，因而对尼龙6结晶行为的影响更显著。 摩擦磨损研究表明，胺化碳管是尼龙6有效的固体润滑剂，能显著降低尼龙6基体在干摩擦和水润滑条件下的摩擦系数和比磨损率。 混料顺序对尼龙6/橡胶/蒙脱土三元复合材料的结构和性能

5、影响显著，先将尼龙6与蒙脱土混合，然后再用橡胶进行增韧得到的复合材料性能最 好，此时蒙脱土多数呈剥离状态分散在尼龙6基体中，在橡胶中几乎没有蒙脱土。蒙脱土和橡胶的独立分散更好地发挥了蒙脱土的增强作用和橡 胶的增韧效应，因而尼龙6/橡胶/蒙脱土三元复合材料表现出较好的刚性和韧性的平衡。 结构研究表明，复合材料中蒙脱土含量低于8wt时，蒙脱土能够剥离成纳米片层，橡胶的引入并没有影响蒙脱土的剥离。橡胶与尼龙6的相容 性良好，而蒙脱土的出现削弱了橡胶和尼龙6的相容性，导致三元复合材料中橡胶颗粒变大。 力学性能表明，蒙脱土能显著提高尼龙6的强度和模量，但导致尼龙6韧性降低；橡胶能显著提高尼龙6的韧性，但

6、导致尼龙6强度和模量的下降 。用蒙脱土和橡胶共同改性尼龙6，可以实现尼龙6同时增强和增韧的目的，使尼龙6/橡胶/蒙脱土三元复合材料达到刚性和韧性的平衡。 等温结晶过程中，蒙脱土和橡胶都是尼龙6的异相成核剂，都能提高尼龙6的结晶速率，但也导致尼龙6结晶活化能的增大，此外蒙脱土和橡胶对 尼龙6的熔融行为影响较小。非等温结晶过程中，蒙脱土和橡胶都能提高尼龙6的结晶温度和结晶速率；蒙脱土的引入导致尼龙6的结晶度增大 ，而橡胶的引入却降低了尼龙6的结晶度；蒙脱土的引入导致尼龙6熔点的上升，橡胶的引入导致6熔点的下降，表明橡胶的引入破坏了尼龙6晶体 结构的完善程度。 蒙脱土能显著增强尼龙6的热稳定性和抗吸

7、水性；橡胶也可以提高尼龙6的抗吸水性，但降低了尼龙6的热稳定性。尼龙6及其复合材料熔体的粘 度都随温度的升高而降低，随剪切速率的增大而降低，属于假塑性流体。 2.期刊论文 徐跃.于文学.化黎贵.张宇洁.龙北红.赵竹第.XU Yue.YU Wen-xue.HUA Li-gui.ZHANG Yu-jie. LONG Bei-hong.ZHAO Zhu-di 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料在不同温度下的拉伸性能 -吉林大学学报（理学版 ）2010,48(3 采用熔融共混方法制备质量分数为4%的蒙脱土尼龙6/蒙脱土纳米复合材料. X射线衍射和透射电子显微镜研究表明: 蒙脱土均匀分散在尼龙 6基体中, 形成

8、具有剥离结构的纳米复合材料; 在室温200 , 当相同的温度和拉伸比拉伸时, 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的结晶度均低于尼 龙6, 蒙脱土在此温度范围内对尼龙6均具有增强作用, 这是由于蒙脱土和尼龙6分子间的相互作用限制了尼龙6分子链的运动, 使尼龙6不易拉伸 所致. 3.学位论文 李跃文 几种聚合物基纳米复合材料的制备、结构及性能研究尼龙6/纳米钛合金、聚丙烯/纳 米钛合金复合材料和尼龙6/蒙脱土、尼龙66/蒙脱土纳米复合材料 2006 本文研究了聚合物/纳米钛合金和聚合物/蒙脱土两类复合材料。 第一部分：将导电填料与聚合物复合是制备导电聚合物或改善聚合物抗静电性能的常用方法之一，但微米级的导

9、电填料要在含量较大的情况 下，其复合材料才会具有较好的改性效果，高含量的填料对聚合物的其他性能特别是力学性能和加工性能往往会带来不良影响。如能将纳米级的 导电填料与聚合物复合，制成纳米复合材料，有可能在填料含量不大的情况下，同时改善聚合物的导电性和其它性能。我们将经有机改性的纳米 钛合金乳液与尼龙6、聚丙烯通过熔融共混制得了纳米复合材料，对其结构和性能进行了研究。结果表明，尼龙6/纳米钛合金复合材料中钛合金 粉体含量低时，大部分达到了纳米尺度的分散；钛合金粉体与周围尼龙6分子间存在较强的结合；纳米钛合金粉体使尼龙6/纳米钛合金复合材料 的拉伸强度、屈服强度和模量增加，但钛合金粉体含量超过2时，

10、拉伸强度和屈服强度开始下降；随钛合金粉体含量增加，尼龙6/纳米钛合金 复合材料的冲击强度、断裂伸长率下降；抗氧剂的加入有利于改善尼龙6/纳米钛合金复合材料的力学性能；经调湿处理后，尼龙6/纳米钛合金复 合材料的拉伸强度、屈服强度下降，冲击强度、断裂伸长增加；纳米钛合金的加入有利于PP 晶型的形成；纳米钛合金对PP复合材料的力学性 能有明显的改性效果，在含量适当时，复合材料的拉伸模量、拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度均有所增加，其中断裂伸长率和冲击强度的增加 尤其显著。 第二部分：大量的文献表明，蒙脱土与聚合物构成纳米复合材料对聚合物有多方面的改性效果。熔融共混是制备聚合物/蒙脱土纳米复合材 料的

11、常用方法，在共混之前选择合适的插层剂对蒙脱土进行处理是制备性能优异的复合材料的关键之一。我们选择了三种不同插层剂改性的蒙脱 土与尼龙6、尼龙66经熔融共混分别制得了纳米复合材料，对其热性能和力学性能进行了研究。结果表明：复合材料的热变形温度、拉伸模量、 屈服强度、弯曲模量和弯曲强度均比相应的纯树脂要高，而断裂伸长率和缺口冲击强度则比相应的纯树脂要低；三种插层剂中，含羟基的的季铵 盐改性效果最好，含两个长链烃基的铵盐改性效果最差；蒙脱土对尼龙6的改性效果明显好于对尼龙66的改性。 4.期刊论文 陈川.吴唯.曹世强.陈军.CHEN Chuan.WU Wei.CAO Shi-qiang.CHEN J

12、un 共混方式对尼龙 6/EVA/纳米蒙脱土复合材料性能影响的研究 -塑料工业2010,38(4 通过改变共混加料顺序,并使用极性有机化蒙脱土,制备了尼龙/EVA-g-MAH/蒙脱土共混材料.研究了蒙脱土种类、乙烯-醋酸乙烯共聚物 (EVA接枝状况以及共混加料顺序对尼龙6/EVA/蒙脱土共混材料力学性能和热学性能的影响.结果表明,尼龙6中加入极性较强的有机化蒙脱土,并 使用EVA接枝马来酸酐(MAH,对尼龙6冲击韧性的改性效果明显.采用母料法制备PA6/EVA-g-MAH/有机化蒙脱土材料,可使蒙脱土有效分散到尼龙 6相或EVA相中时,增韧效果最好,拉伸和弯曲强度的损失最小. 5.学位论文 张

13、剑桥 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的等温结晶行为和力学性质 2004 本文采用熔融插层方法制备出蒙脱土含量为5wt的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料，有机改性剂为十八烷铵。小角X射线衍射研究发现，衍射图 案中没有显示任何对应于蒙脱土片层的散射峰，表明含量为5蒙脱土的复合材料里的硅酸盐片层解离成纳米尺寸的薄片均匀地分散在尼龙6基体 中，形成了纳米复合材料。 利用X射线衍射，DSC等表征手段对尼龙6和尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的等温结晶行为和拉伸的聚集态结构进行了研究。 尼龙6在高温等温结晶易于形成相，在低温则易于形成相，在100左右，是两相转变的转变点，这是主要是由于分子链流动性引起的。 分子链流动的限

14、制导致相的形成，反之，则有利于的形成。在180等温结晶时，尼龙6的两个结晶峰位向小角方向偏移。另外在 2=28.5°处突然出现一个极强的高温结晶峰，此峰乃是2=28.9°的弱峰在温度升高时向低角移动并突然变强的结果。而180以下等温结晶 则观察不到此峰。该高温结晶峰在已有的文献中从未被报道过，故是本研究的首次发现。蒙脱土纳米片层的引入改变了这个高温结晶峰的存在形 式，使其在整个被测量的温度范围(0-180都可被观察到。这和尼龙6在蒙脱土纳米片层上的异相形核有关，因为尼龙6和蒙脱土纳米片层存在 存在很强的相互作用。这个高温结晶峰的起源可能有两个原因：一是由应力诱导结晶所引起；

15、二是由淬火将高温的状态保持到低温造成的。 蒙脱土的加入改变了尼龙6的晶体结构，促进了相的形成，提高了尼龙6的结晶度。随着等温结晶温度的升高，等温结晶对纳米复合材料的 影响并没有像尼龙6那样晶体结构改变的那么明显，这归因于蒙脱土片层对分子链的束缚作用。随等温结晶温度的提高，纳米复合材料的结晶度 增大，晶体更加完整，这归因于纳米复合材料中的尼龙6分子链随温度升高活动性增大，使其结晶变的更加容易。 对尼龙6及尼龙6/蒙脱土纳米复合材料在室温下、90、150和200下以2mm/min的速率进行拉伸，发现随着拉伸温度的升高，两种材料的 弹性模量是逐渐降低的。200以前，纳米复合材料的弹性模量始终高于尼龙

16、6，但在200时两种材料的弹性模量相等。屈服强度也是随温度升 高而降低的，但是在整个温度范围内，纳米复合材料的屈服强度始终高于尼龙6，说明蒙脱土的加入不仅提高了室温下的力学性质，而且也提高 了高温下的力学性质，这归因于蒙脱土与尼龙6之间有很强的相互作用。但是，随着温度的升高，蒙脱土的增强作用有很大的降低。我们认为这 是高温下，尼龙6分子链的活动性的增加以及蒙脱土与尼龙6基体的相互作用降低的缘故。 为了更好的了解形变温度对纳米复合材料结构的影响，作为比较，我们将尼龙6拉伸至等同于纳米复合材料的应变位置。WXRD显示，沿经线 方向扫描，纳米复合材料中尼龙6两种晶形衍射峰的强度要高于垂直拉伸方向上的

17、衍射强度，而且逐渐升高。而尼龙6在垂直于拉伸方向上(纬线 扫描，(200强度升高，(202/002则降低；在沿经线方向上扫描时，(200和(202/002都是逐渐升高的，这是因为蒙脱土的加入对尼 龙6取向结晶有束缚作用。 DSC测量结果显示，室温下，因为蒙脱土的异相形核作用，纳米复合材料的结晶度要高于尼龙6。但随着温度的升高以及形变量的增加，尼龙 6的结晶度逐渐升高，并最终大于纳米复合材料的结晶度，这是因为蒙脱土对分子链的束缚作用。随着温度的升高以及应变的增加，纳米复合材 料的结晶度是先降低后增加的，这可能是拉伸对纳米复合材料在玻璃化转变温度以下小晶粒的破坏作用。 在150，以0.2、2、20

18、、100mm/min的速率对纳米复合材料进行拉伸，发现一个反常现象，即随着拉伸速率的增加，断裂伸长率增加。 WXRD分析表明，纳米复合材料的结构随拉伸速率的增加没有明显的变化，说明拉伸速率对应力诱导结晶不敏感，分子的活动性增加及分子链在形 变中的取向是纳米复合材料结晶度增加的原因。 6.期刊论文 安孝善.胡晓敏.钱欣.AN Xiao-shan.HU Xiao-min.QIAN Xin 尼龙6/纳米蒙脱土母料的水辅法制 备及性能 -塑料2009,38(6 依据水是蒙脱土的膨胀剂原理,通过实验研究水辅熔融法制备尼龙6/纳米蒙脱土母料的可行性,以及工艺条件、含量对纳米母料制备的影响 .在此基础上,通

19、过母料制备尼龙6/蒙脱土纳米复合材料,并对其力学性能与热变形温度进行测定.实验表明:通过水辅熔融法能够制备尼龙6/纳米 蒙脱土母料;采用15%与30%蒙脱土含量的母料与尼龙6分别按1:4与1:9的比例稀释,两种稀释样品与纯尼龙6相比,拉伸强度分别提高了约24%与 11%,弹性模量分别提高了49.8%与22.9%,弯曲强度分别提高了近66.6%与26%,弯曲模量分别提高了85%与16.7%,热变形温度明显提高. 7.学位论文 杨坡 尼龙6 11/蒙脱土纳米复合材料的制备、表征与性能研究 2007 聚合物/蒙脱土纳米复合材料综合了高分子材料与无机材料的优点，但又不仅仅是二者性能的简单相加，表现出更

20、优异的力学性能、热性能 、阻隔性能和阻燃性能，同时又可以降低材料的成本。经过20年的发展，尼龙/蒙脱土纳米复合材料已取得了长足的进步，但也有明显的不足。 首先是所研究的尼龙品种比较狭窄，如尼龙6/粘土研究已很深入，而其它品种的尼龙基复合体系研究却很少；其次是研究的内容基本是材料制备 及性能测试，比较单一。尼龙11性能出众，但价格昂贵，并且单一组份的尼龙11已越来越不能满足人们对高性能材料的要求。针对以上问题，我 们以11-氨基十一酸、尼龙6预聚物和经11-氨基十一酸处理过的蒙脱土为原料，采用原位聚合的方法制备了奇偶尼龙6 11/蒙脱土纳米复合材料 ；除了对其结构、机械性能和阻隔性能等进行了研究

21、外，还对其流变性能、熔融行为和结晶过程进行了研究。主要研究如下：1以11-氨基十一 酸、己内酰胺和处理过的蒙脱土为主要原料制备了尼龙6 11/蒙脱土纳米复合材料在水存在的条件下，采用本体熔融聚合法制备出尼龙6预聚物 ，再将尼龙6预聚物与11-氨基十一酸、有机改性蒙脱土按比例混合，采用原位聚合的方法制备了尼龙6 11/蒙脱土纳米复合材料。用傅立叶变换 红外光谱仪(FTIR对尼龙6 11及尼龙6 11/蒙脱土纳米复合材料进行表征；使用广角X射线衍射仪(WAXD和扫描电镜(SEM对其结构进行了表征 ；使用差示扫描量热分析(DSC和热失重(TG对复合材料的热性能进行了研究；测定了纳米复合材料的力学性能

22、和吸水率、吸油值。发现原位聚 合的方法适合于制备尼龙6 11/蒙脱土纳米复合材料，且复合材料的力学性能及热稳定性均有所提高，而吸水率和吸油值则随着蒙脱土含量的升 高而降低，较之尼龙6 11分别降低了2倍和2.5倍。 2尼龙6 11/蒙脱土纳米复合材料的流变性能研究研究表明尼龙6 11及其复合材料均为假塑性流体，表现为切力变稀现象，且非牛顿指数随 蒙脱土含量的增高而减小；当剪切速率恒定时，剪切应力随着蒙脱土含量的增高而减小，但当含量达到一定的值后又增加；尼龙6 11及其复合材 料的粘流活化能随剪切应力的增大而降低，说明在恒定剪切应力下其可在较宽的温度范围内加工、成型。 3探讨了尼龙6 11/蒙脱

23、土纳米复合 材料的熔融行为和结晶动力学过程蒙脱土在复合材料中起到了异相成核的作用，同时发现蒙脱土的加入未改变尼龙基体的晶型，这与文献中报道 的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的结论不同，并对其熔融行为进行研究。采用经典结晶动力学方程对尼龙6 11及其复合材料的结晶动力学进行了研 究。结果表明：Avami方程能很好的描述尼龙6 11及其复合材料的等温结晶动力学过程，而经过Jeziomy修正过的Avrami方程及Mo法则能很好地描 述非等温结晶动力学。在实验的基础上，拟合得到了结晶动力学参数。同时还利用Hoffman-Weeks公式和Ho胁annLauritzen理论求得了复合材 料的平衡熔点和非等温过

24、程中的结晶活化能。 8.期刊论文 宋波.黄锐.魏刚 尼龙-6/蒙脱土纳米复合材料用POE-g-MAH改性及性能研究 -现代化工 2004,24(1 制备了尼龙-6(PA6/马来酸酐接枝乙烯-1-辛烯共聚物(POE-g-MAH和PA6-蒙脱土纳米复合物(NCH/POE-g-MAH两种复合材料,其脆韧转变点都 是在POE-g-MAH质量分数为8%10%.在脆韧转变点前,PA6/POE-g-MAH和NCH/POE-g-MAH的缺口冲击强度几乎相同;在脆韧转变点后,NCH/POE-gMAH的冲击强度远高于PA6/POE-g-MAH.复合材料的拉伸强度都随POE-g-MAH的增加而线性下降,在相同POE

25、-g-MAH含量时,NCH/POE-g-MAH的拉伸强度 比PA6/POE-g-MAH的低4 MPa左右. 9.学位论文 王玉花 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的制备及其性能的研究 2005 本论文主要是研究尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的制备及其阻隔性能的研究，同时系统的研究尼龙6/蒙脱土纳米复合材料阻隔性能的机理。 蒙脱土是一种层状硅酸盐，具有亲水性，要使其与聚合物有很好的相互作用，必须进行有机化改性，在论文中选用十六烷基胺和十八烷基胺 进行有机化改性，同时由实验得知，不同质子酸的酸度对蒙脱土的层间距亦有很大的影响。 改性后的蒙脱土与尼龙6通过熔融插层法在HAAKE共混机中制得尼龙6/蒙脱土纳米复

26、合材料。通过对尼龙6/蒙脱土纳米复合材料进行XRD、 AFM表征得知，蒙脱土在尼龙6基体中达到纳米分散。所得的纳米复合材料通过对极性(无水乙醇和非极性溶剂(甲苯的渗漏性能判断其阻隔性。 实验结果表明无论对极性还是非极性溶剂纳米复合材料的阻隔性能均优于纯尼龙6的阻隔性。此外，在纳米复合材料中，蒙脱土的含量对其阻隔 性能有很大的影响，在蒙脱土的含量达到0.1时，其阻隔性能达到最佳值。通过选取合适的原料配比和加工条件，与纯尼龙6相比，在50放置 温度下，纳米复合材料对无水乙醇和甲苯的阻隔性分别提高了3和4倍。 聚合物的结晶性能对小分子在其基体中的吸收和扩散有很大的影响，在本实验中通过对样品进行XRD，DSC和POM分析得知，加入层状硅酸盐 蒙脱土以后，尼龙6有新的晶型(晶型出现，尼龙6的结晶度增加、球晶尺寸变小且均匀分布，同时与尼龙6的晶型相比，晶型的晶面间的 距离更小，所有这些均有利于改善尼龙6的