有机插层剂对交联聚乙烯/OMMT纳米复合电介质机械性能与热稳定性的影响
发布时间：2021-06-01 19:34
选用两种有机插层剂（十八烷基季铵盐和双十八烷基苄基季铵盐）处理的蒙脱土,采用熔融共混的方法,分别制备了无相容剂和以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）为相容剂的交联聚乙烯/蒙脱土（XLPE/OMMT）纳米复合体系,并对纳米复合材料的机械性能进行了测试。结果表明,加入的有机化OMMT与交联聚乙烯形成了较大的界面相互作用力,限制了交联聚乙烯分子链段的运动,可显著提高纳米复合材料的拉伸强度、断裂能和弹性模量。插层效果好的纳米复合材料,高温段的储能模量最大提高了4倍。采用热失重分析仪（TGA）研究了有机插层剂对热稳定性的影响,结果表明,有机化OMMT的均匀分散的片层状结构,可阻隔氧及挥发性降解产物的渗透与扩散,阻隔基体与燃烧区的热质传递,从而显著提高纳米复合材料的热稳定性。有机化OMMT的插层分散效果是影响纳米复合体系机械性能和热稳定性的关键。
【文章来源】：塑料工业. 2016,44(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
XLPE及XLPE/OMMT复合试样的储能模量随温度变化关系
片层与XLPE的界面作用力，反应在XLPE/OM-MT1复合试样中，高温段储能模量远高于纯XLPE试样。而OMMT2的有机插层剂由于其空间位阻效应，插层剂与PE极性不匹配，聚乙烯分子链插层效果不理想，直接加入OMMT2的XLPE/OMMT2复合试样插层间距大于加有相容剂的XLPE/EVA/OMMT2试样，插入片层间的聚乙烯分子链对外界应力产生积极响应，所以XLPE/OMMT2复合试样的储能模量较大。而加有相容剂的XLPE/EVA/OMMT2复合试样，片层外的大长分子链形变消耗了较多的能量，表现出了储能模量较校2.2有机插层剂对纳米复合材料热稳定性的影响图2、3分别是两种OMMT粉末及XLPE/EVA/OMMT复合试样的热重及微分曲线，表4、5中列出了相关的热重参数。从图2可以看出，两种有机化OMMT的热重微分曲线明显不同，OMMT1粉末在266℃附近有一个微小的失重峰，在325℃左右有一个大失重峰值;而OMMT2分别在310、402℃有两个较大的微分峰值。OMMT2的分解起始温度略高于OMMT1的。由于使用了两种有机插层剂(十八烷基季铵盐和双十八烷基苄基季铵盐)处理蒙脱土，因此造成这种峰值差异的主要原因可能与两种OMMT的有机插层剂有关。OMMT1的表面插层剂是一种十八烷基季铵盐，对应一个主微分峰值，266℃出现的小峰有可能是铵盐中的甲基首先从基体中脱离分解造成的，而OMMT2的表面有机插层剂为双十八烷基苄基季铵盐，分别在310℃附近连接两个碳链的氨基分解出现一个峰，402℃碳链分解出另一个峰，所以微分曲线中表现出两个明显分离的峰值点。由此可见，有机碳链愈长，分解温度愈高。a－TG曲线b－DTG曲线图2两种OMMT粉末的TG及DTG曲线Fig2TGandDTGcurvesoftwokindsofOMMTpowder表4OMMT粉末TG分析参数Tab4TGanalysisparametersofOMMTpowder失重5%的温度/℃失重10%的温度
第44卷第11期李秀峰，等:有机插层剂对交联聚乙烯/OMMT纳米复合电介质机械性能与热稳定性的影响a－TG曲线b－DTG曲线图3XLPE及XLPE/EVA/OMMT纳米复合材料的TG及DTG曲线Fig3TGandDTGcurvesofXLPEandXLPE/OMMTnanocomposites表5XLPE及XLPE/EVA/OMMT纳米复合材料TG分析参数Tab5TGanalysisparametersofXLPEandXLPE/OMMTnanocomposites试样失重5%的温度/℃失重50%的温度/℃微分重量峰值温度/℃残炭率/%XLPE441.7475.7479.52.11XLPE/EVA/OMMT1449.8481.2484.78.9XLPE/EVA/OMMT2456.2485.6489.48.33结论1)OMMT与聚合物基体形成的较大的界面相互作用力，限制了分子链段的运动，提高了复合材料的拉伸强度、断裂能和储能模量。DMA揭示出插层分散效果好的纳米复合材料，在晶体全部融化的橡胶态，聚合物－纳米粒子之间的界面效应仍然存在，起着限制分子链段的运动的作用，呈现出大于10MPa的弹性模量。OMMT的加入能够提高纳米聚合物高温段的储能模量，提高的程度与聚乙烯插入MMT的层间程度有关。2)有机OMMT的加入，可显著提高纳米复合材料的热稳定性，有机插层剂种类的不同，对纳米复合材料生成结构碳的促进作用也不同，导致结构碳生成的质量分数也不同。参考文献［1］MICHALA，PHILIPPLED．Polymer-layeredsilicatenano-composites:Preparation，propertiesandusesofanewclassofmaterials［Ｒ］．MaterSciEngA，2000，28:1－63．［2］BATBAATAＲT，OYUNBILEGD．Morphologyandperform-anceofsilanefuncyionlizedorganoclayinpolypropylenema-trix［C］//20127thInternationalForumonStrategicTech-nology．WashingtonDC:IEEE，2012:1－3．［3］CHUIFC，FUSW，CHUANGWT，etal．Fabricationandcharacterizationofp
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物阻燃新途径——聚合物/粘土纳米复合材料的特殊阻燃性[J]. 舒中俊,漆宗能,王佛松. 高分子通报. 2000(04)
本文编号：3210020
【文章来源】：塑料工业. 2016,44(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
XLPE及XLPE/OMMT复合试样的储能模量随温度变化关系
片层与XLPE的界面作用力，反应在XLPE/OM-MT1复合试样中，高温段储能模量远高于纯XLPE试样。而OMMT2的有机插层剂由于其空间位阻效应，插层剂与PE极性不匹配，聚乙烯分子链插层效果不理想，直接加入OMMT2的XLPE/OMMT2复合试样插层间距大于加有相容剂的XLPE/EVA/OMMT2试样，插入片层间的聚乙烯分子链对外界应力产生积极响应，所以XLPE/OMMT2复合试样的储能模量较大。而加有相容剂的XLPE/EVA/OMMT2复合试样，片层外的大长分子链形变消耗了较多的能量，表现出了储能模量较校2.2有机插层剂对纳米复合材料热稳定性的影响图2、3分别是两种OMMT粉末及XLPE/EVA/OMMT复合试样的热重及微分曲线，表4、5中列出了相关的热重参数。从图2可以看出，两种有机化OMMT的热重微分曲线明显不同，OMMT1粉末在266℃附近有一个微小的失重峰，在325℃左右有一个大失重峰值;而OMMT2分别在310、402℃有两个较大的微分峰值。OMMT2的分解起始温度略高于OMMT1的。由于使用了两种有机插层剂(十八烷基季铵盐和双十八烷基苄基季铵盐)处理蒙脱土，因此造成这种峰值差异的主要原因可能与两种OMMT的有机插层剂有关。OMMT1的表面插层剂是一种十八烷基季铵盐，对应一个主微分峰值，266℃出现的小峰有可能是铵盐中的甲基首先从基体中脱离分解造成的，而OMMT2的表面有机插层剂为双十八烷基苄基季铵盐，分别在310℃附近连接两个碳链的氨基分解出现一个峰，402℃碳链分解出另一个峰，所以微分曲线中表现出两个明显分离的峰值点。由此可见，有机碳链愈长，分解温度愈高。a－TG曲线b－DTG曲线图2两种OMMT粉末的TG及DTG曲线Fig2TGandDTGcurvesoftwokindsofOMMTpowder表4OMMT粉末TG分析参数Tab4TGanalysisparametersofOMMTpowder失重5%的温度/℃失重10%的温度
第44卷第11期李秀峰，等:有机插层剂对交联聚乙烯/OMMT纳米复合电介质机械性能与热稳定性的影响a－TG曲线b－DTG曲线图3XLPE及XLPE/EVA/OMMT纳米复合材料的TG及DTG曲线Fig3TGandDTGcurvesofXLPEandXLPE/OMMTnanocomposites表5XLPE及XLPE/EVA/OMMT纳米复合材料TG分析参数Tab5TGanalysisparametersofXLPEandXLPE/OMMTnanocomposites试样失重5%的温度/℃失重50%的温度/℃微分重量峰值温度/℃残炭率/%XLPE441.7475.7479.52.11XLPE/EVA/OMMT1449.8481.2484.78.9XLPE/EVA/OMMT2456.2485.6489.48.33结论1)OMMT与聚合物基体形成的较大的界面相互作用力，限制了分子链段的运动，提高了复合材料的拉伸强度、断裂能和储能模量。DMA揭示出插层分散效果好的纳米复合材料，在晶体全部融化的橡胶态，聚合物－纳米粒子之间的界面效应仍然存在，起着限制分子链段的运动的作用，呈现出大于10MPa的弹性模量。OMMT的加入能够提高纳米聚合物高温段的储能模量，提高的程度与聚乙烯插入MMT的层间程度有关。2)有机OMMT的加入，可显著提高纳米复合材料的热稳定性，有机插层剂种类的不同，对纳米复合材料生成结构碳的促进作用也不同，导致结构碳生成的质量分数也不同。参考文献［1］MICHALA，PHILIPPLED．Polymer-layeredsilicatenano-composites:Preparation，propertiesandusesofanewclassofmaterials［Ｒ］．MaterSciEngA，2000，28:1－63．［2］BATBAATAＲT，OYUNBILEGD．Morphologyandperform-anceofsilanefuncyionlizedorganoclayinpolypropylenema-trix［C］//20127thInternationalForumonStrategicTech-nology．WashingtonDC:IEEE，2012:1－3．［3］CHUIFC，FUSW，CHUANGWT，etal．Fabricationandcharacterizationofp
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物阻燃新途径——聚合物/粘土纳米复合材料的特殊阻燃性[J]. 舒中俊,漆宗能,王佛松. 高分子通报. 2000(04)
本文编号：3210020
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