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文檔簡介
1、聚合物共混物/粘土納米復(fù)合材料由于其優(yōu)異的性能與潛在的應(yīng)用價(jià)值,引起了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界極大的興趣。在不相容共混物中,粘土存在著優(yōu)先插層現(xiàn)象。這種優(yōu)先插層行為會(huì)影響共混物的相行為和凝聚態(tài)結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響復(fù)合材料的宏觀性能。本文針對(duì)粘土在聚丙烯(PP)/聚苯乙烯(PS)共混物中存在優(yōu)先插層現(xiàn)象的特點(diǎn),對(duì)控制粘土優(yōu)先插層行為的因素,以及該行為對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響進(jìn)行研究。 通過熔融共混法在160℃加工條件下制備了PP/PS/clay
2、復(fù)合材料。X射線衍射分析(XRD)、透射電鏡分析(TEM)和X射線能量色散譜分析(EDX)的結(jié)果表明,粘土在共混物中存在著優(yōu)先插層現(xiàn)象。粘土優(yōu)先被PS分子鏈所插層,且不受PS組分含量和加料方式的影響?;趶?fù)合材料中PP和PS組分的熔體粘度對(duì)溫度敏感性的差別,通過改變加工溫度的方法,研究組分的粘度差別對(duì)粘土優(yōu)先插層行為的影響。隨共混加工溫度的升高,粘土在共混物中的分散位置從PS相逐漸向PP相進(jìn)行遷移。TEM、EDX和動(dòng)態(tài)粘彈行為測(cè)試(AR
3、ES)的結(jié)果表明,組分間粘度的差別能控制粘土的優(yōu)先插層行為。組分粘度越高,加工過程中所能傳遞的剪切應(yīng)力就越大,插層能力也就越強(qiáng)。 通過分別對(duì)PP基體熔融接枝馬來酸酐(MAH)和PS基體溶液磺化處理,成功地改變了聚合物組分的極性。在此基礎(chǔ)上,熔融共混制備各類PP/PS/clay基復(fù)合材料,考察組分間的極性差別對(duì)粘土優(yōu)先插層行為的影響。當(dāng)兩組分均為非極性時(shí),粘土選擇性地分散在PS相中;當(dāng)引入PP接枝馬來酸酐(PPMA)到共混物中,粘
4、土優(yōu)先分散在極性PP/PPMA相中;當(dāng)兩組分均被賦予極性后,粘土片層主要分散在極性sPS相中,部分分散在相界面間和PP/PPMA相中。作用能密度的計(jì)算和選擇性抽提后傅立葉變換紅外光譜(FTIR)的結(jié)果表明,組分極性越強(qiáng),其與粘土片層之間相互作用也就越強(qiáng),從而有著更強(qiáng)的插層粘土的能力。 通過熔融共混法制備各類PP/PS/clay基復(fù)合材料,考察粘土優(yōu)先插層行為對(duì)PP/PS/clay基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。粘土優(yōu)先被分散相所插層
5、時(shí),能提高材料的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存模量,且其提高程度受粘土分散狀態(tài)的影響;當(dāng)兩相組分共插層時(shí),儲(chǔ)存模量進(jìn)一步提高;當(dāng)粘土被連續(xù)相所優(yōu)先插層時(shí),粘土片層能最大程度地限制聚合物分子鏈運(yùn)動(dòng),復(fù)合材料獲得最大的儲(chǔ)存模量。熱失重分析(TGA)的結(jié)果表明,粘土分散得越好,其對(duì)基體的保護(hù)作用就越強(qiáng),相應(yīng)對(duì)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定化作用也就越強(qiáng);優(yōu)先插層在連續(xù)相中的粘土比優(yōu)先插層在分散相中的粘土對(duì)復(fù)合材料有著更好的阻隔保護(hù)作用;而被兩相組分共插層的粘土片層能起最佳的熱穩(wěn)
6、定化作用。 通過示差掃描量熱分析(DSC)研究粘土優(yōu)先插層行為對(duì)PP/PS/clay基復(fù)合材料結(jié)晶行為的影響。在等溫結(jié)晶條件下,優(yōu)先插層在分散相PS中的粘土對(duì)復(fù)合材料的結(jié)晶速率基本沒有影響。而極性化PP(PP/PPMA)中的羰基能起誘導(dǎo)成核作用并誘導(dǎo)PP生成β晶,使得復(fù)合材料的結(jié)晶速率變大。分散在連續(xù)相中的粘土片層通過成核作用,進(jìn)一步加速復(fù)合材料的結(jié)晶速率;而分散在相界面的粘土則成核作用不如前者顯著。在非等溫結(jié)晶條件下,粘土的優(yōu)
7、先插層對(duì)復(fù)合材料結(jié)晶行為的影響與等溫條件相似,但分散在PS中的粘土通過提高分散相的粘度,進(jìn)而起到加快復(fù)合材料結(jié)晶速率的作用。PPMA中的羰基對(duì)PP的β晶的誘導(dǎo)作用不如等溫條件下明顯,并且依賴于降溫速率。 通過TEM、EDX、ARES、FTIR和掃描電子顯微鏡(SEM)等測(cè)試,研究粘土的優(yōu)先插層行為對(duì)PP/PS基共混物相容性的影響及其增容機(jī)理。結(jié)果表明,(a)對(duì)于粘土優(yōu)先插層于連續(xù)相的體系,粘土的加入能減小分散相的尺寸,提高共混物
8、的相容性。分散在連續(xù)相中的粘土通過提高連續(xù)相的粘度,減小了組分間的粘度比,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)增容。(b)對(duì)于粘土被兩相共插層的體系,粘土的加入能最大程度地減小分散相的尺寸,具有最佳的增容效果。粘土通過與極性PP和極性PS分子鏈間的化學(xué)作用,在相界面間形成原位接枝相容劑,增強(qiáng)了兩相間的相互作用,從而主要在熱力學(xué)上實(shí)現(xiàn)增容。(c)對(duì)于粘土優(yōu)先插層于分散相的體系,粘土的加入也能減小分散相的尺寸,提高共混物的相容性。在分散相中的粘土片層聚集形成了“
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