聚酯酰亚胺液晶聚合物与尼龙6共混体系的研究(1)

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1、中山大学硕士学位论文聚酯酰亚胺液晶聚合物与尼龙6共混体系的研究专业：材料物理与化学硕士生：林勇强指导教师：许家瑞教授摘要本论文合成出一类具有优异成纤性能、较高模量以及优良耐热性能的热致性液晶聚酯酰亚胺(PIDN50和PIDN33，以下统称PIDN)。与已商业化的液晶相比，所合成的PIDN的成纤性好，熔融加工温度适中，容易加工。采用熔融共混的方法制备了一系列的PIDN与尼龙6(PA6)的二元共混体系，以及PIDN／PA6／短切玻璃纤维三元共混体系。考察了共混体系的机械力学性能，并采用TG、DSC、WAXD、DMA、SEM以及毛细管流变分析等方法研究了共混体系的结构性能，以及热致性液晶对基体PA

2、6耐热性能、强度和模量的改性效果。本论文主要包括以下几个方面的内容：1．综述了热致性液晶聚合物与热塑性树脂原位复合材料以及热致性液晶聚合物与PA6共混改性的研究进展，提出了本论文的目的、意义及设计思路。2．根据Higashi直接缩聚法的原理，合成了具有良好液晶性能和成纤性能的热致性液晶聚酯酰亚胺PIDN33和PIDN50，利用核磁共振、DSC、热重分析、偏光显微镜和乌式粘度计等手段对聚合物进行了表征，研究结果表明所合成的PIDN具有良好的液晶性、优异的成纤性能、良好的耐热性能、高的热稳定性能和较低的熔融加工温度。3．利用熔融共混的方法制备了一系列PIDN与PA6的共混体系。考察了共混体系的力

3、学性能，并采用TG、DSC、WAXD、DMA和毛细管流变仪等方法研究了共混体系的热稳定性、结晶熔融行为、动态力学性能和流变性能。研究结果表明：a．随着PIDN含量增加，PIDN／PA6共混体系的拉伸屈服强度有所增加，整个共混体系保持着良好的延伸性能，都具有较高的断裂伸长率。并且PIDN的加入显著提高了共混体系的缺口冲击强度。IV中山大学硕士学位论文b．PIDN的加入对PA6的结晶有一定的阻碍作用，随着PIDN含量的增加，PA6的结晶峰温有所下降。wAXD分析显示，注塑样条的皮层和芯层的晶型不一样：在皮层主要是Y晶型，在芯层主要是Q晶型。共混体系的耐热性能也有所降低，但仍然保持了较高的热分解温

4、度。c．通过DMA测试发现随着PIDN含量的增加，PA6的玻璃化转变温度有所降低，但是共混体系的储能模量和损耗模量较PA6有所提高。d．PA6和PIDN33、PIDN50都呈现出明显的剪切变稀的性质，在选定的加工温度下，PIDN的剪切黏度比PA6高，共混体系的剪切黏度在两者之间，e．扫描电镜观察显示，PIDN在PA6基体中均匀分散成100nm左右的微球，没有观察到液晶微纤的形成。液晶纳米微球的存在对共混体系起到既增强又增韧的作用。4、利用熔融共混的方法制备了一系列热致性液晶聚酯酰亚胺／PA6／短切玻纤三元共混体系(PIDN／GPA6)。研究结果显示：a．在玻璃纤维增强PA6基础上添加PIDN

5、，三元共混体系的拉伸强度和拉伸弹性模量变化不大，在PIDN33和PIDN50含量为O．5％时共混体系都出现弯曲强度的极大值，增幅分别为8．4％，11．7％，之后略有下降，但都在含量为5％时又出现反弹。弯曲模量的变化趋势与弯曲强度相同，在PIDN含量为0．5％时，增幅分别为14．3％，22．5％。PIDN33的含量对共混体系的缺口冲击强度影响不大；当PIDN50含量为3％时，缺口冲击强度达到最大值，增幅为28．2％。b．PIDN的加入，对玻纤增强PA6体系的热失重温度和结晶性能影响不大。c．通过DMA测试发现，PIDN的加入，使共混体系的储能模量与GPA6相比有较大的提高，当PIDN33含量为

6、3％时共混体系的储能模量值最大，在50℃时增幅为28．24％；PIDN50含量为0．5％时储能模量值最大，在50℃时增加了68．8％。共混体系的最高使用温度也得以提升。另外PIDN的加入使三元共混体系的玻璃化转变温度有所提高，当PIDN33含量为3％时，共混体系的玻璃化转变温度最高，比GPA6提高了3．45℃；当PIDN50含量为1％时，共混体系的玻璃化转变温度最高，比GPA6提高了1．32℃。d．在所选定的加工温度下，PIDN液晶聚合物对玻纤增强尼龙6加工性能没有改善。但是在一般注塑的剪切速率(>1000s‘1)下，三元共混体系的剪切粘度与GPA6的差值较小。V中山大学硕士学位论文e．通过

7、扫描电镜观察共混体系的断面形貌，可以看到PIDN起到相容剂的作用，加强了玻纤与PA6之间的界面作用。并且还观察到液晶聚合物在玻纤增强共混体系中形成了微纤结构。这两者正是三元共混体系具有较高力学性能的主要原因。关键词：热致性液晶聚酯酰亚胺，原位复合材料，尼龙6，力学性能中山大学硕士学位论文StructuresandPropertiesoftheBlendsofThermotrOpicLiquidCrystaUi