EVAAl2O3纳米复合材料的制备方法与力学性能、结构研究.pdf

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1、万方数据第22卷第4期高分子材料科学与工程v01．22，N。．42006年7月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGJul．2006EVA／A1203纳米复合材料的制备方法与力学性能、结构研究李红姬，张万喜，梁波，陈广义，孙国恩(吉林大学材料科学与工程学院，吉林长春130025)摘要：采用熔融共混方法制备直接分散、一步法分散、二步法分散三种不同工艺的EVA／蚋米A1203复合材料，并研究其力学性能，从中选取性能最佳的分散方式进一步表征纳米Al：0。在基体中的分散状态及结构。结果表明，三种复合体系的力学性

2、能均得到提高，其中一步法复合体系在纳米Al：o。含量为1．5％时综合性能最佳，其拉伸强度与断裂伸长率分别提高了25．4％和12．1％。此外，Al：O。微粒是以20nm左右的粒径分散于EVA基体中，并与EVA形成了化学键合结构。关键词：纳米Al：Os；EVA；复合材料；力学性能；分散状态中圈分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1000—7555(2006)04—0095-04纳米无机粒子具有其独特的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，作为聚合物树脂的新型无机填料，可有效地提高基体树脂的各种性能。因此，SiO。[1

3、’2]、Ti02[3H]、CaC03[5’6]、Mg(OH)2[7．83等无机纳米粒子已广泛应用于聚合物改性领域。乙烯一醋酸乙烯酯共聚物(EVA)具有良好的柔软性、耐冲击性、耐环境应力开裂性、光学以及耐低温特性，是重要的包装膜及软管的原材料。近几年已有人开始研究以EVA为基体的插层型纳米复合材料，并取得了一定成果。TangY等人[9]发现，在EVA基体中加入蒙脱土后，热释放速率(HRR)降低40％；QIUI。．Z．等[7’钉制备的Mg(OH)：／EVA纳米复合材料与填充微米级Mg(OH)：相比，极限氧指数(LOI)提高了59．6％；田艳[

4、103等人研究的EVA／蒙脱土复合体系与纯EVA相比，拉伸强度与撕裂强度分别提高了10．8％与II．6％。但上述报道均局限在插层型纳米复合体系范围，未涉及颗粒填充型EVA纳米复合体系。本文研究了制备工艺对EVA／纳米Al。O。复合体系力学性能的影响，探索能够同时提高塑料刚性与韧性的制备工艺，并着重分析高性能复合体系中纳米Al：0。的分散形态及两相的结合方式。1实验部分1．1实验原料EVA：VA含量15％，日本东洋曹达工业公司生产；纳米Al。O。：初级粒子粒径为lOnm，吉林大学汽车材料教育部重点实验室自制；YGO一1203硅烷偶联剂(CH

5、2一CHSi(OC。H。)。)：哈尔滨化工研究所生产；丙酮、石蜡、甲醇：均为分析纯。1．2EVA／Al：o，纳米复合材料的制备本文以熔融共混工艺，分别采取直接分散、一步法、二步法这三种方式来制备相应的纳米复合材料。其中，直接分散法是将纳米Al。0。微粒直接分散于EVA中；一步法是将纳米Al。O。微粒与硅烷偶联剂同时添加到EVA中；而二步法则是采用水分散技术先将Al。O。微粒表面用硅烷偶联剂包裹起来，然后再将改性的纳米Al。O。微粒填充到EVA中。制备过程中混炼温收稿Et期：2005—06—07；修订日期：2005—08—03基金项目：国家

6、863项目(2003AA302310)联系人：张万喜，主要从事高分子纳米复合材料的研究，E—mail：zhangwanxi0626@sina．tom万方数据高分子材料科学与工程度为110℃，双辊转速为100r／min，混炼两次，每次混炼时间为10min。1．3测试与表征利用WSM一5K万能力学试验机测试样品的拉伸强度及断裂伸长率，五个试样取平均值，拉伸速度为50mm／min，拉伸误差小于±0．5％；采用英国OXFORD公司的LINK—ISISJSM5310型扫描电子显微镜(SEM)观察样品拉伸断裂面的形态，管电压为15kV，镀金时间为40

7、S；采用MicrionFEIPHILIPS的XL30场发射环境扫描电子显微镜(FESEM)表征纳米Al：O。在EVA基体中的分散性，管电压为20kV，镀金时间为40S；采用美国NICCILET公司的360型红外光谱仪(FT—IR)分析样品的O．0lO2．03．0AlzO，content(％)Fig．1Curv器oftensilestrengthVS．AIz03amount●lEVA／A1203}●lone—stepEVA／A1203l▲ltWO-stepEVA／A120s．结构。2结果与讨论2．1EVA／纳米AI：o，复合材料的力学性能由

8、Fig．1可知，三种复合体系均能起到增强作用，其中一步法分散体系的拉伸强度提高幅度最大。对于该体系，当纳米Al：O。填充量为1．5％时，拉伸强度提高最多，与纯EVA相比提高25％。由Fig．2