碳纳米管增强PA6的正负面效应及其对策研究

发布时间：2017-04-28 03:15

  本文关键词：碳纳米管增强PA6的正负面效应及其对策研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：聚酰胺6(PA6)作为产量最大的高分子材料之一,具有强度高、抗冲击等优点,但随着相关工业的快速发展,纯PA6的强度和韧性已不能满足某些行业的要求,因此对PA6进行增强改性已成为研究的热点。碳纳米管(CNTs)因优异的力学性能被看作理想的复合材料增强相,但由于其分散及界面结合的问题,限制了其在复合材料中的应用。更重要的是,CNTs添加到PA6中后,尽管有一定的增强效果,但会导致复合材料断裂延伸率降低,出现脆化现象,这种CNTs带来的正负面效应值得深入研究。本论文深入研究添加CNTs带来的正负面效应的根本原因并提出解决方案。首先以纯PA6为研究对象,初步探索模具温度对材料力学性能的影响。在此基础上研究了CNTs对PA6增强效果的影响,并探讨了CNTs在增强PA6的同时导致其断裂延伸率降低的内在原因。然后分别探索了CNTs氨基化及在PA6中添加弹性体两种途径缓解CNTs引起的脆化效应。研究结果表明:(1)对纯PA6而言,当模具温度高于100℃时,晶粒尺寸变大、结晶度降低且γ晶型所占比例减小,应是导致PA6强度和塑形降低的主要原因。(2)当CNTs含量为0.1 phr时直接干混法制备的复合材料中CNTs分散效果好且拉伸强度高,与纯PA6和悬浮液湿混法制备的复合材料相比,分别提高了17.0%和5.0%。同时,与纯PA6相比,所有PA6/CNTs复合材料断裂延伸率均大幅下降,其范围在29.9~94.0%。(3)CNTs的添加提高了复合材料拉伸强度,但其断裂延伸率也随之大幅降低。这是由于添加CNTs后,尽管晶粒大幅细化,但PA6的结晶度降低,且由塑性好的γ晶型转变为塑性差的α晶型所致。(4)对CNTs进行氨基化处理得CNTs-NH2,当其添加量为0.1 phr时,复合材料拉伸强度为88.9 MPa,与纯PA6比,提高幅度不大(约8.7%),但其断裂延伸率仍然保持较高值(129.3%),而相同添加量时,未氨基化处理的CNTs则使PA6的断裂延伸率降到17.6%。(5)对比SEBS-MAH和VP301两种弹性体对PA6/CNTs复合材料的改性效果发现,SEBS-MAH效果更好。与PA6/CNTs复合材料相比,当CNTs含量为1.0 phr时,PA6/CNTs/SEBS-MAH复合材料拉伸强度略有降低,但其断裂延伸率提高198.4%。当CNTs含量为0.3 phr时,断裂延伸率提高~637.1%。
【关键词】：聚酰胺6 碳纳米管 复合材料 功能化 弹性体
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ323.6;TQ127.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 PA6的结构、性能及应用11-12
• 1.3 碳纳米管的结构、性能及应用12
• 1.4 碳纳米管增强增韧PA6的研究现状12-19
• 1.4.1 PA6/CNTs复合材料的制备方法12-14
• 1.4.2 CNTs功能化在PA6中的应用14-15
• 1.4.3 CNTs增强PA6的双刃剑效应15-16
• 1.4.4 弹性体在PA6中的应用16-19
• 1.5 论文选题的目的、意义及内容19-21
• 第二章 工艺参数对PA6结晶行为及其力学性能的影响21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-24
• 2.2.1 原料及设备21-22
• 2.2.2 实验步骤22-23
• 2.2.3 测试仪器及其条件23-24
• 2.3 结果与讨论24-32
• 2.3.1 冷却时间PA6拉伸性能的影响24
• 2.3.2 注射成型过程温度场分析24-28
• 2.3.3 模具预热温度对PA6力学性能的影响28
• 2.3.4 PA6结晶行为研究28-32
• 2.4 小结32-33
• 第三章 PA6/CNTs复合材料的制备及力学性能研究33-50
• 3.1 引言33
• 3.2 实验部分33-36
• 3.2.1 原料及设备33-34
• 3.2.2 实验步骤34
• 3.2.3 测试仪器及条件34-36
• 3.3 结果与讨论36-48
• 3.3.1 碳纳米管种类对PA6力学性能的影响36-40
• 3.3.2 碳纳米管添加方式对PA6/CNTs复合材料强度的影响40-41
• 3.3.3 碳纳米管添加方式对PA6/CNTs复合材料塑性的影响41-42
• 3.3.4 CNTs在复合材料中的分散性42-44
• 3.3.5 PA6/CNTs复合材料的结晶行为研究44-48
• 3.4 小结48-50
• 第四章 PA6/CNTs-NH2复合材料的制备及力学性能研究50-66
• 4.1 引言50-51
• 4.2 实验部分51-53
• 4.2.1 原料及设备51
• 4.2.2 实验步骤51-52
• 4.2.3 测试仪器及条件52-53
• 4.3 结果与讨论53-64
• 4.3.1 氨基功能化碳纳米管的研究53-58
• 4.3.2 PA6/CNTs-NH2复合材料的力学性能58-61
• 4.3.3 氨基功能化CNTs对PA6增强及缓解脆化的机理分析61-64
• 4.4 小结64-66
• 第五章 弹性体增韧PA6/CNTs复合材料的研究66-77
• 5.1 引言66
• 5.2 实验部分66-68
• 5.2.1 原料及设备66-67
• 5.2.2 实验步骤67
• 5.2.3 测试仪器及条件67-68
• 5.3 结果与讨论68-75
• 5.3.1 常用弹性体增韧PA6力学性能的比较68-69
• 5.3.2 超细全硫化粉末橡胶增韧PA6力学性能的比较69-71
• 5.3.3 弹性体增韧PA6/CNTs复合材料力学性能的比较71-72
• 5.3.4 弹性体增韧PA6/CNTs复合材料的晶型分析72-75
• 5.4 小结75-77
• 结论77-78
• 参考文献78-85
• 攻读学位期间发表的论文成果及研究清单85-86
• 致谢86

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本文编号：332024