铸型尼龙复合材料的制备及其性能研究

发布时间：2017-09-13 17:32

  本文关键词：铸型尼龙复合材料的制备及其性能研究

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【摘要】：铸型尼龙因其优异的性能而得到广泛的应用。但在韧性、耐摩性、自润滑性等方面又存在不足,本文主要研究铸型尼龙的改性,一方面将改性氧化石墨烯作为一种纳米添加剂加入到铸型尼龙基体中,以改进铸型尼龙的力学性能以及耐热性能;另一方面,以制备摩擦磨损性能优良且力学强度能够达到一定要求的含油MC尼龙为目的,进行有关含油MC尼龙的制备研究。首先,本文通过改进的Hummers法成功制备了氧化石墨烯(GO),并采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对其进行改性,得到改性的氧化石墨烯(GO-g-CTAB)。FTIR及XRD测试结果表明,GO与CTAB通过离子键相互作用。在此基础上,采用原位聚合法制备了MC尼龙/GO-g-CTAB复合材料。研究结果表明:NaOH的加入量越大,GO-g-CTAB在尼龙基体中的分散性越好;GO-g-CTAB的加入对复合材料的性能产生了较大的影响,当GO-g-CTAB含量为0.2 wt%时,复合材料缺口冲击强度相对于纯尼龙提高了66%,同时拉伸强度和弯曲强度分别提高5%和1.4%,但复合材料的断裂伸长率下降较为明显。此外,复合材料的耐热性也得到明显的提高。其次,本文还通过静电作用将GO与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTMAC)结合,在GO的表面引入环氧基,再与马来酸酐接枝高密度聚乙烯(HDPE-g-MAH)反应,制得HDPE接枝GO(GO-g-HDPE)。将GO-g-HDPE作为铸型尼龙的填充剂,通过阴离子原位聚合的方法制备了铸型尼龙/GO-g-HDPE复合材料。力学性能测试结果表明,GO-g-HDPE作为MC尼龙的改性材料起到了增强增韧的双重效果,HDPE-g-MAH含量为0.02 wt%时,拉伸强度增加了14.7%,断裂伸长率增加了21.0%,冲击强度增加了30.0%,压缩强度增加了27.2%。同时,MC尼龙吸水率降低,热稳定性增加。最后,制备了含油MC尼龙。SEM测试结果表明油滴能够均匀分散在MC尼龙基体中。油的加入使MC尼龙的摩擦磨损性能在很大程度上得到了改善,当油料含量为3 wt%时,含油MC尼龙的摩擦系数为0.16,磨损量为2 mg,磨痕宽度达到最小为2.89 mm。力学性能测试结果表明,当油料含量为3 wt%时,MC尼龙的拉伸强度为71.6 MPa以上,拉伸模量能够达到2900 MPa以上,断裂伸长率为60.5%,弯曲强度以及模量分别为103 MPa、2716 MPa,同时压缩模量在1520 MPa以上,力学性能能够满足实际应用要求。
【关键词】：MC尼龙 氧化石墨 CTAB HDPE 含油MC尼龙
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 铸型尼龙简介10-11
• 1.1.1 MC尼龙的制备方法10
• 1.1.2 MC尼龙的特性10-11
• 1.2 MC尼龙的应用11-13
• 1.2.1 在机械上的应用12
• 1.2.2 在汽车工业方面的应用12
• 1.2.3 在其他方面的应用12-13
• 1.3 MC尼龙改性产品的国内外研究概况13-16
• 1.3.1 物理改性MC尼龙13-14
• 1.3.2 化学改性MC尼龙14
• 1.3.3 无机纳米材料改性MC尼龙14-16
• 1.4 氧化石墨烯概述16-19
• 1.4.1 氧化石墨烯的结构与特征16-17
• 1.4.2 GO的表面修饰17-18
• 1.4.3 聚合物/GO纳米复合材料的制备方法18
• 1.4.4 GO纳米复合材料的研究现状18-19
• 1.5 本课题的主要研究意义以及研究内容19-22
• 1.5.1 本课题的研究意义19-20
• 1.5.2 本课题的主要研究内容20-22
• 第二章 实验部分22-30
• 2.1 实验所需原料及仪器设备22-24
• 2.1.1 实验所需原料22-23
• 2.1.2 实验所需的仪器设备23-24
• 2.2 实验方法24-25
• 2.2.1 GO的制备24
• 2.2.2 CTAB改性GO的制备24-25
• 2.2.3 GTMAC改性GO的制备25
• 2.2.4 HDPE 改性 GO 的制备25
• 2.2.5 MC尼龙/改性GO复合材料的制备25
• 2.2.6 含油MC尼龙的制备25
• 2.3 表征方法25-30
• 2.3.1 元素分析25
• 2.3.2 傅里叶红外光谱（FTIR）测试25-26
• 2.3.3 X射线衍射（XRD）分析26
• 2.3.4 扫描电镜（SEM）26
• 2.3.5 差示扫描量热分析（DSC）26
• 2.3.6 热重分析（TGA)26-27
• 2.3.7 力学性能分析27-28
• 2.3.8 摩擦磨损性能28
• 2.3.9 吸水率测试28-30
• 第三章 MC尼龙/GO-g-CTAB复合材料的性能研究30-44
• 3.1 GO以及GO-g-CTAB的表征30-32
• 3.1.1 GO的元素分析30
• 3.1.2 GO以及GO-g-CTAB的FTIR表征30-31
• 3.1.3 GO以及GO-g-CTAB的XRD表征31-32
• 3.2 复合材料的SEM分析32-35
• 3.3 复合材料的DSC表征35-37
• 3.4 复合材料的XRD表征37
• 3.5 复合材料的TGA表征37-39
• 3.6 复合材料的力学性能39-42
• 3.6.1 冲击性能39-40
• 3.6.2 弯曲性能40
• 3.6.3 拉伸性能40-42
• 3.7 复合材料的摩擦磨损性能42-43
• 本章小结43-44
• 第四章 MC尼龙/GO-g-HDPE复合材料的性能研究44-50
• 4.1 改性GO的表征44-46
• 4.1.1 改性GO的FTIR表征44-45
• 4.1.2 GO与改性GO的XRD分析45-46
• 4.1.3 GO与改性GO的TGA分析46
• 4.2 MC尼龙/GO-g-HDPE复合材料的力学性能表征46-47
• 4.3 MC尼龙及复合材料的热重分析47-48
• 本章小结48-50
• 第五章 含油MC尼龙的制备50-58
• 5.1 油料的选择50
• 5.2 油料含量对含油MC尼龙的力学性能的影响50-53
• 5.3 油料含量对含油MC尼龙摩擦磨损性能的影响53-55
• 5.4 含油MC尼龙的扫描电镜表征55-56
• 5.5 含油MC尼龙的热重分析56-57
• 本章小结57-58
• 第六章 结论58-60
• 参考文献60-66
• 主要研究成果66-68
• 致谢68-69

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