納米TiO2對聚碳酸酯復合材料力學與熱穩(wěn)定性能的影響研究.pdf

1、近年來，聚合物/無機納米復合材料由于具有優(yōu)異的性能和潛在的應(yīng)用價值，成為國內(nèi)外學者關(guān)注的焦點。二氧化鈦(TiO2)納米粒子具有無毒無害、熔點高、剛度大、化學性質(zhì)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，將其作為填料用于聚合物改性，可提高聚合物基體材料的力學和熱穩(wěn)定性能。
　　本文以聚碳酸酯(PC)作為基體材料，金紅石型和銳鈦礦型TiO2納米粒子分別作為填料，通過熔融共混和注射成型制備出不同原料配比(0.5-3 wt％)的PC/TiO2納米復合材料。

2、采用傅里葉變換紅外光譜儀、掃描電子顯微鏡、萬能拉伸試驗機及動態(tài)熱力學分析儀，研究了兩種晶型TiO2納米粒子對復合材料微觀結(jié)構(gòu)和力學性能的影響機理和規(guī)律。研究結(jié)果表明：(1)低含量下(1 wt%)，兩種晶型TiO2納米粒子在PC基體中分散程度較好。隨著填料含量增加，納米粒子團聚體尺寸增大，銳鈦礦型TiO2納米粒子團聚現(xiàn)象更為嚴重；(2)兩種晶型TiO2納米粒子都能對PC產(chǎn)生增強增韌作用，且金紅石型TiO2納米粒子因與PC界面結(jié)合更好，增強

3、增韌效果更佳；(3)在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以下，兩種晶型TiO2納米粒子都能提高復合材料的儲能模量，且與納米粒子含量呈正比。
　　在上述研究的基礎(chǔ)上，借助熱重分析、傅里葉變換紅外光譜、熱重-紅外聯(lián)用分析等表征手段，同時結(jié)合Kissinger-Akahira-Sunos(KAS)等效轉(zhuǎn)化計算法，探討了兩種晶型TiO2納米粒子對復合材料熱降解行為、機制和動力學的影響。研究結(jié)果和結(jié)論如下：(1)兩種晶型TiO2納米粒子都能夠提高復合材

4、料的熱穩(wěn)定性能，其中金紅石型TiO2納米粒子的改善效果更好；(2) TiO2納米粒子對復合材料熱降解行為的影響主要包括以下三個方面：熱降解起始階段，PC分子鏈異亞丙基裂解產(chǎn)生自由基，TiO2納米粒子可以捕獲這些自由基，延遲熱降解反應(yīng)發(fā)生，提高熱降解起始溫度；熱降解主要反應(yīng)階段，PC分子鏈發(fā)生復雜的化學反應(yīng)如碳酸酯基水解/醇解和重排，TiO2納米粒子的催化作用能夠提升熱降解反應(yīng)速率；熱降解中后期，PC基體的熱降解致使 TiO2納米粒子在表