C-O-007-牵伸诱导纳米粒子分散及其对聚合物复合材料结.pdf

《C-O-007-牵伸诱导纳米粒子分散及其对聚合物复合材料结.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、牵伸诱导纳米粒子分散及其对聚合物复合材料结构和性能的影响阮文红，章明秋，容敏智聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室，光电及功能复合材料研究院，中山大学化学与化学工程学院，广州，510275关键词：纳米粒子牵伸分散聚合物复合材料纳米粒子填充聚合物复合材料的研究近年来引起各国科学家的关注。其中熔融共混法制备纳米复合材料是最有可能获得工业化生产的途径，然而纳米粒子在与聚合物熔融共混过程中十分容易团聚，难以得到具有纳米结构的复合材料，纳米粒子团聚体的松散结构往往成为材料内部的缺陷，使复合材料无法表现出其本应具有的特殊优异性能。纳米粒子

2、的表面接枝改性可增加粒子与基体间的相容[1]性，使粒子在基体中的分散性得到改善。但纳米粒子表面的接枝物大分子链间的相互缠绕，也会得到一些密实的团聚体，常规熔融共混中有限的剪切力难以将此团聚体打散，结果复合材料具有缺口敏感性，使缺口冲击强度大大下降。本课题组前期进行辐射接枝改性纳米SiO2填充聚丙烯复合材料的研究中发现，牵伸作用下纳米粒子团聚体在复合材料中沿拉伸方向可以发生变形和破碎[2]。这就给我们以启发，在纳米粒子与聚合物熔融混合挤出的过程中，如果能采用特定的加工手段对复合材料施加牵伸作用，只要纳米粒子与基体间有足够的界面作用，

3、纳米粒子团聚体就可能在外力场作用下随着聚合物的形变发生变形—破碎——离散，与此同时聚合物基体可有效阻隔纳米粒子的再聚集，从而将纳米粒子团聚体强制分隔，通过合理控制成型工艺将此纳米分散结构固定后，即可实现纳米粒子在聚合物基体中的纳米水平分散，由此使复合材料抵抗裂纹扩展的能力大大提高，同时使整个材料的力学性有所提高。为证实以上设想，本研究以聚丙烯（PP）为基体，纳米SiO2为填料，将牵伸技术应用在纳米SiO2/聚丙烯复合材料熔融共混中。首先对纳米粒子进行化学接枝改性，然后采用熔融挤出—牵伸—淬冷工艺制备复合母料，再通过常规成型方法制备

4、复合材料，控制成型工艺条件使纳米分散结构得以保持，制备具有显著增强增韧作用的聚丙烯基复合材料。复合材料试样沿注射方向超薄切片的透射电镜（TEM）照片给出纳米粒子在聚合物基体中分布的直观证据（Fig.1）。未处理的纳米SiO2/PP复合材料中纳米粒子团聚体的尺寸较大，而牵伸过程对纳米粒子团聚体基本没有影响(Fig.1(a))。PBA接枝改性后，SiO2-g-PBA/PP复合材料中纳米粒子的分散有所改善，但仍可看到大的团聚体(Fig.1(b))，说明熔融共混过程中机器所提供的剪切力不足以打碎聚合物熔体中的纳米粒子团聚体。当施加牵伸作用

5、后，可以看到*国家自然科学基金资助课题（50473019）；广东省科技计划项目资助课题(2005A1070200)SiO2-g-PBA/PP复合材料中纳米粒子团聚体发生明显的变形伸长和排列(Fig.2(c))。变形的团聚体看起来像纤维一样，同时它们的分散也变的更加均匀。从高倍数的TEM照片中可以看出，“纤维”状的纳米粒子团聚体实质上具有网状微结构，其中纳米粒子已被拉散，而其表面的接枝聚合物有效的阻隔了纳米粒子的再聚集，并通过和聚合物基体间的紧密结合在纳米粒子间建立起关联网络。0.5μ0.5μ0.5μmFig.1TEMmicrogr

6、aphsofPPbasednanocomposites:(a)SiO2/PP(experiencedpre-drawing),(b)SiO2–g-PBA/PPand(c)SiO2–g-PBA/PP(experiencedpre-drawing).图2给出牵伸处理后PP纳米复合材料和未经牵伸处理的纯PP的缺口冲击断裂行为的比较，两者之间有明显的区别。纯PP具有典型的脆性断裂行为，在最大力后表现出不稳定的裂纹扩展，而牵伸处理复合材料中裂纹的形成需要更长的时间，而在最终断裂前裂纹扩展具有一定的稳定性。上述结果明显证明，所提出的牵伸处理的

7、方法可以提高复合材料的缺口韧性，也从另一个侧面证明复合材料中纳米粒子的分散性有所提高。1:SiO-g-PBA/PP(experiencedpre-drawing)15022:SiO-g-PBA/PP23:SiO/PP(experiencedpre-drawing)21204:PP(experiencedpre-drawing)SiO-g-PBA/PPnanocomposite2experiencedpre-drawing901260Force[N]Intensity[a.u]330PP4010152025300.00.20.40.

8、60.81.0-32θ[deg]Time[x10s]Fig.2Force-timecurvesofPPanditsFig.3WAXDpatternsofPPandnanocompositesrecordedduringnotchimpactitsn