颗粒填充聚酰胺-6共混复合体系强韧化研究

颗粒填充聚酰胺-6共混复合体系强韧化研究本文采用物理改性方法，以研究聚合物强韧化为目的，跟踪和借鉴国内外弹性体及无机刚性粒子增强增韧聚合物的最新研究成果。对以聚酰胺-6（PA-6）为基体，以无机刚性粒子和不同模量的弹性体为改性剂的共混复合体系的强韧化问题进行了较深入地研究。系统地分析了PA-6体系的结构与性能的关系，探讨了弹性体及无机刚性粒子单独或协同增强增韧聚合物的作用机制和规律。取得了以下主要成果：1．采用PLM、DSC和WAXD系统地研究了不同模量颗粒填充聚酰胺-6二元体系的结晶行为。颗粒的介入，不仅使PA-6材料变为两相结构，而且使其结晶行为发生了改变。研究表明：纳米碳酸钙（n-CaCO₃）粒子不仅具有异相成核剂作用，而且能引发PA-6产生新的晶型，且这种成核作用具有逾渗行为；弹性体粒子只有在界面相互作用较弱时，才能起到异相成核作用。这一研究结果尚未见报道。2．研究了无机刚性粒子填充PA-6复合体系，首次探索了基体粘度对体系性能的影响。结果表明，无机纳米粒子在基体粘度较大的PA-6中易分散，不易团聚，分散均匀程度高，增韧作用更强。在一定范围内适当增加填充量，可更充分地诱使更多高分子的取向运动，使PA-6的断裂强度降低而断裂伸长率增加，有益于PA-6的韧化。复合体系的熔体为假塑性流体，其表观粘度随n-CaCO₃填充量的增加而增大，随着剪切速率的增加而降低，同时，表观粘度具有温度依赖性，熔体粘度随着测试温度的提高而降低。3．首次用具有两相结构的不同模量的弹性体增韧改性PA-6，系统研究了这冯钠:颖粒填充聚酞胺一6共混复合体系强韧化研究种两相结构弹性体粒子对PA一6共混体系结构与性能的影响。研究了界面相互作用、加工条件、弹性体模量及共混比例对以一6/弹性体共混体系形态结构的影响。结果表明:相畴尺寸的大小与分布很接近。低模量弹性体的增韧效果稍好。但高模量的弹性体体系，在韧性提高的同时，对屈服强度和模量影响很小。相容性和加工工艺对弹性体增韧共混体系性能也有影响，具有良好界面相容性的体系，弹性体的加入能大幅度提高体系冲击强度，具有明显的增韧作用。当弹性体含量达到20%时，体系冲击强度提高12倍。适当的剪切强度，可以调控共混体系的微观形态结构，得到的弹性体粒子相畴尺寸小、均匀程度高，易于使共混体系发生脆韧转变。4.研究了CaCO。粒子与弹性体POE同时填充以一6体系的结构与性能关系。目前这一研究报道较少。研究结果表明，微米级和纳米级CaCO。粒子都与弹性体粒子有协同增韧作用。在无机刚性粒子含量是10%（wt）时，复合材料的冲击强度有较大提高，n一CaCO。的复合体系，冲击强度达到13.ZKJ/扩，比纯聚酸胺一6提高了2.5倍。n一CaCO3复合体系同时使拉伸强度有较大提高。但微米级碳酸钙无增强作用。无机刚性粒子和弹性体对体系的拉伸模量无明显影响。DMA分析表明，POE的加入使PA一6的次级转变温度Tgg降低，改善了PA一6的低温脆性。研究还发现，混合方式对三元体系的微观形态结构影响较大。二步法的混合方式有利于提高材料韧性，同时使材料的强度提高。DMA分析表明，第三组分POE的加入，使PA一6/n一CaCO。体系的tan6峰值显著增高，次级转变温度Tgg降低。说明POE可以显著提高PA一6/n一CaCO。的韧性，改善低温脆性。同时，POE的加入，对PA一6/n一CaCO。对体系模量影响不大。5.首次用SEM和wAXD跟踪观测受力形变直至断裂过程中不同阶段的相结构演变和聚集态变化，系统研究了不同模量颗粒增强增韧PA一6形变与强韧化的微观机制。研究发现，颗粒填充PA一6二元体系的增韧增强机制是微空穴增韧与基体剪切屈服共同作用的结果。对弹性体为壳，n一CaCO。为核的软壳硬核的三元共混复合体系，形变时，能诱发基体局部产生明显的银纹化作用，而诱发基体发生剪切屈服的作用较小，虽然同样可以增韧PA一6材料，但不能实现高倍增韧。总之，在对一系列从软到硬粒子增强增韧PA一6材料研究的基础上，新的发现和结果表明