聚酰胺弹性体基纳米复合材料的研究

发布时间：2020-07-01 04:23

【摘要】：由聚酰胺与聚醚共聚而成的聚酰胺弹性体是一种新型热塑性弹性体,因其低温抗冲强度高、柔软性好、弹性回复率高、吸水性高等特点受到人们的普遍关注。然而,目前生产的聚酰胺弹性体力学性能与耐热性一般,极大地限制了其应用,因此制备高强度、高耐热性聚酰胺弹性体已成为必然趋势。纳米粒子具有比表面积大、机械强度高及热稳定性高等优点,近年来,纳米粒子成为高聚物改性的研究热点,然而目前尚未有关于聚酰胺弹性体基纳米复合材料的研究报道。本文以己内酰胺、聚乙二醇(PEG)、聚四氢呋喃(PTMG)为主要原料,基于己内酰胺水解开环聚合,通过熔融共缩聚分别与石墨烯(GNs)、碳纳米管(CNTs)和有机蒙脱土(OMMT)三种纳米粒子原位共混,制备了聚酰胺/聚醚弹性体基纳米复合材料,并利用红外光谱仪(IR)、热失重分析仪(TG)、示差扫描量热分析仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、拉伸测试等手段分别表征了纳米复合材料的化学结构、热稳定性、结晶性能、形貌特征及力学性能,深入探讨了纳米复合材料结构与材料性能之间的关系。研究主要取得以下结果:(1)采用工艺简单的一锅法成功合成了聚酰胺6/聚乙二醇嵌段共聚物(PA6-b-PEG)弹性体。将己内酰胺、PEG、分子量调节剂己二酸、聚酯催化剂醋酸锑及扩链剂二恶唑啉一锅加入反应釜中,通过熔融共缩聚合成了PA6-b-PEG弹性体。通过工艺探索,得到反应时间、反应温度、催化剂、扩链剂及真空度等变量的最佳工艺参数为:己内酰胺开环温度为200℃,开环时间为4h;共聚合温度220℃,共聚合时间1.5h,共聚合压力小于600Pa。此时,PA6-b-PEG弹性体相对粘度为1.8,沸水萃取率仅为5.1%;(2)性能最佳PA6-b-PEG弹性体配比的确定。研究了软硬比为70/30、60/40、50/50、40/60及30/70的PA6-b-PEG弹性体的性能,结果表明,软硬比相差过大,会产生微相分离,引起软相/硬相界面模糊。软硬比增加,弹性体断裂伸长率增大,拉伸强度减小。最终确定软硬比为40/60的综合性能较好,此时,PA6-b-PEG弹性体的断裂伸长率为145.6%,拉伸强度为16.9MPa;(3)软硬比为40/60的PA6-b-PEG弹性体纳米复合材料的研究。分别选用1%、3%、5%、7%含量的GNs、CNTs、OMMT纳米粒子与PA6-b-PEG弹性体原位共混,探讨纳米粒子对其性能影响。结果表明,5%的GNs、5%的CNTs、3%的OMMT综合性能效果最好,其初始分解温度比未改性的分别高142.3℃、140.1℃、134.1℃,其拉伸强度比未改性的分别增大55.2%、49.7%、21.4%。(4)基于研究内容(1)、(2)、(3)的结果,采用工艺简单的一锅法成功合成了聚酰胺6/聚四氢呋喃嵌段共聚物(PA6-b-PTMG)弹性体纳米复合材料。结果表明,纳米粒子与基体相容性良好,240℃,GNs、CNTs、OMMT改性后的弹性体热失重率均比未改性的低,分别为2.5%、3.3%、4.1%。断裂伸长率、拉伸强度和弹性模量分别比未改性的增大了197.2%、33.1%、28.6%。GNs改性PA6-b-PTMG共聚物的综合性能最好,OMMT次之。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ334;TB33

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