納米SiO-,2--聚丙烯復合材料雙重界面作用研究.pdf

1、將無機納米粒子添加到聚合物基體中制備聚合物基納米復合材料已經(jīng)成為高分子材料科學領域近年來研究的熱點。為了制備綜合性能優(yōu)異的納米復合材料，納米粒子在聚合物基體中的均勻分散和加強納米粒子與基體間界面相互作用是非常重要的。然而正是由于納米尺度效應的存在，納米粒子極易團聚，而納米粒子填充聚合物體系與微米級粒子填充聚合物體系在界面相互作用上也有所不同。為促進納米粒子在聚合物中的分散，除了需要對納米粒子和聚合物基體間的相互作用進行研究，納米粒子和納

2、米粒子間的相互作用也需要進行研究和調控。 為此本課題設計用聚丙烯酸酯類高聚物來對納米粒子進行表面修飾，通過結構設計和界面設計來研究納米粒子填充聚合物體系內的雙重界面相互作用。首先采用高能射線輻照接枝的方法對納米SiO2粒子進行表面改性。為了對比不同結構的接枝物對粒子-粒子和粒子-基體雙界面調控效果的異同，本文不但選用丙烯酸丁酯作為接枝單體，還采用了含有氟原子的丙烯酸十二氟庚酯、丙烯酸六氟丁酯以及2-溴-三氟丙烯作為接枝單體改性納

3、米SiO2粒子，并與聚丙烯熔融共混制備了相應的納米復合材料。本文著重研究了如何表征納米復合材料中的雙重界面相互作用，采用動態(tài)流變、動態(tài)力學性能測試、慢速DSC、XRD和動態(tài)光散射等測試方法進行表征。同時為了驗證雙重界面調控機理的普適性，本文還對納米CaCO3、微米CaCO3和微米SiO2填充聚丙烯體系進行了對比研究。 本課題研究的主要結果如下： 1.通過對接枝改性粒子的紅外及TGA測試，證明了輻照接枝的方法能有效地將聚丙

4、烯酸酯類聚合物接枝到粒子的表面。通過粒徑分析可以證明輻照接枝改性能有效降低納米粒子團聚體的尺寸，但對于微米粒子效果不是十分明顯。 2.通過動態(tài)流變性能表征，改性納米粒子在分散介質中的模量較改性前有明顯降低，證明了輻照接枝改性能夠顯著減弱納米粒子-納米粒子之間的相互作用。而改性微米粒子-粒子間相互作用的減弱程度低于納米粒子的。 3.將輻照接枝改性后的納米粒子和微米粒子分別與聚丙烯基體熔融共混，制備得復合材料。通過對復合材料

5、進行動態(tài)力學性能測試可以得知，接枝改性納米粒子／PP復合材料和接枝改性微米粒子／PP復合材料的損耗模量-溫度曲線中峰面積(弛豫強度)均得到明顯升高。證明了接枝改性能夠增強復合材料中的粒子-基體問界面相互作用。 4.通過測試復合材料的力學性能，接枝改性納米粒子／PP復合材料與純PP、未改性納米粒子／PP復合材料相比，有著更高的拉伸強度、斷裂伸長率和沖擊強度。而接枝改性微米粒子／PP復合材料相對于PP來說，拉伸強度、斷裂伸長率和沖擊

6、強度的提高幅度沒有納米粒子填充體系的顯著。 5.含氟接枝聚合物的引入，由于其自潤滑特性顯著地減弱了粒子-粒子間的相互作用，同時由于含氟接枝聚合物分子鏈與基體聚合物分子鏈之間的相互纏結而顯著提高了粒子-基體界面相互作用。這種雙重界面特性使得含氟聚合物接枝改性粒子在受到應力作用下更加易于發(fā)生相對運動，進而使團聚體發(fā)生變形，提供一個附加的能量耗散，最終更大幅度地提高了復合材料的韌性。 6.具有良好運動能力的改性粒子能提高拉伸后

7、基體聚合物晶體的取向。粒徑較小的接枝改性納米粒子的加入誘導了聚丙烯基體β晶的生成，而粒徑較大的微米粒子沒有這種作用。 7.通過慢速DSC測試可知，接枝改性納米粒子／PP復合材料與純PP、未改性納米粒子／PP復合材料相比，在升溫過程中能夠耗散更多能量，驗證了輻照接枝改性可以減弱粒子-粒子問相互作用并同時增強粒子-基體間界面相互作用。 8.輻照產(chǎn)生的均聚物的加入會影響到接枝改性納米粒子在PP基體中的均勻分散，從而使其對基體的