热塑性聚氨酯弹性体及无机填料增韧增强聚甲醛的研究

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1、四川大学工学博士学位论文摘要聚甲醛(polyoxymethylene，POM)是一种热塑性工程塑料，分子链规整，熔融加工时结晶速度快，易形成大球晶，结晶度高(约60．80％)，赋予POM十分优异的物理机械性能，但缺口敏感性大，缺口冲击强度低；成型收缩率较大，易受热分解。针对POM缺口敏感，冲击强度低的缺点，本文用热塑性聚氨酯弹性体(TPU)改性POM。发现TPU对POM的增韧效果与TPU种类、软硬段比例、微交联度、加工条件、两者的粘度比等有关。优选出增韧效果最佳的硬度为80HA的聚己内酯TPU，有效

2、提高了聚甲醛的缺口冲击强度。POM／TPU共混物的力学性能随组分比不同而变化。当n’U含量为lO％时，共混物的冲击强度为14kJ／m2，比纯POM提高了130％。当含量增加到40％左右时，共混物相形态从海岛结构变为双连续相结构，冲击韧性发生突变，成为超韧性共混物，冲击强度达到75kJ／m2。共混物的断裂伸长率随TPU含量的增加而增加，40％TPU时断裂伸长率超过400％。共混物的拉伸强度和扬氏模量则随TPu含量增加而减小。考察了TPU对聚甲醛结晶动力学的影响，发现TPU使POM晶核数量、球晶大小，球

3、晶增长速度、结晶成核时间、结晶速度发生变化。TPU的加入量对POM／TPU共混物结晶的影响随降温速度的减小而减小。TPU的加入对主结晶期POM球晶的增长方式影响不大。为进一步提高POM／TPU共混物的冲击性能，研究了挤出共混过程中TPU分散相形态随加工温度的变化。根据摩擦剪切机理，在较低的温度下挤出共混，使TPu在POM连续相中形成较细小的分散，得到了比母料法更好的共混效果，进一步提高了POM／TPU体系的冲击性能。同时，在注塑过程中，利用TPu与POM的粘度比随加工温度的变化特性，改变加工温度，控

4、制粘度比，达到控制TPU在POM中的相形态的目的。当注塑温度为190℃时．TPU与POM枯度匹配，共混物得到精细的相形态，冲击强度进～步提高。研究了11PU对POM热稳定性的影响，发现加入TPU可以显著提高V旧川人学T学竹卜学f≯论文POM的热稳定性，使共混物起始降解温度提高15—20℃左右。加入无机填料，可以提高POM的刚性．降低成本，提高加工时的尺寸稳定性。本文比较了纳米碳酸钙、纺锤形碳酸钙和滑石粉对POM性能的影响，发现这三种无机粉体都可以对聚甲醛起增强作用，其中滑石粉增强作用最好。纳米碳酸钙

5、在增强POM的同时，还能起增韧作用，而纺锤形碳酸钙和滑石粉的加入使复合材料冲击性能下降，以滑石粉的加入下降幅度最大。为解决滑石粉填充料冲击性能下降严重的问题，利用堆砌机理，将不同形状、不同大小的纳米碳酸钙、纺锤形碳酸钙及滑石粉以一定比例填充到聚甲醛中，得到了比单一滑石粉填充料综合性能好的复合填充料，断裂伸长率增长到两倍，缺口冲击强度增长到1．8倍，弯曲模量提高了近400MPa。TPu可以有效提高POM的缺口冲击强度，但减小了POM的刚性。本文分别利用纺锤形碳酸钙、滑石粉及玻璃纤维对POM厂rPU共混

6、物进行增强，考察了这几种POM／TPU／无机填料三元复合材料的力学性能，发现滑石粉与玻璃纤维可有效地提高POM／TPU共混物的刚性，其中玻璃纤维效果最佳。但对于POM／TPU(90／10)共混体系，无机填料加入量为10％时，以滑石粉对提高拉伸强度最有效，甚至比玻璃纤维好。同时。滑石粉的加入使共混物冲击性能、断裂伸长率下降幅度最小，从而在有效增韧POM的同时，基本保持POM的刚性，得到具有优良综合性能的材料。关键词：聚甲醛；热塑性聚氨酯弹性体：无机填料：增韧；增强；相形态Vl四川大学工学博士学位论文A

7、bstractPolyoxymethylene(POM)isan_importantengineeringplastic．ItsregularconformationcausesPOMtocrystallizeeasilyandtogetlargesphericalcrystalsandhi曲crystallinity(approximately60-80％)inthemeltingprocess．Asaresult，POMpossessesgoodmechanicalpropertiesbutsh

8、owsnotchsensitivewithpoorimpactswength,higllcontractibilityinmeltingprocessandlowthermo—degradationtemperature．Toimproveitsnotchedimpactstrength。POMwasmodifiedwimthermoplasticpolyurethane．Itwasfoundthatthetougheningeffectof刑onPOMisrelat