有机累托石纳米复合材料的结构与力学性能.pdf

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1、佘希锋，等：PA6／有机累托石纳米复合材料的结构与力学性能l3PA6／有机累托石纳米复合材料的结构与力学性能木。余希锋马晓燕宋春莹(西北工业大学理学院应用化学系，西安710129)摘要采用两种自制有机累托石、两种已商业化的有机蒙脱土分别和尼龙(PA)6经双螺杆挤出机熔融挤出制备PA6／有机粘土复合材料。利用射线衍射(XRD)分析了有机粘土在复合材料中的解离情况和聚合物的晶型，利用偏光显微镜分析了粘土对PA6结晶形貌的影响，并分析了复合材料的综合力学性能。结果表明，四种有机粘土与PA6均可形成剥离型纳米复

2、合材料，粘土有利于PA6的晶型生长，细化了PA6的球晶；不同有机粘土复合材料的拉伸强度和拉伸弹性模量都有增加，缺口冲击强度都有下降；四种有机粘土改性复合材料性能相比，自制有机累托石对PA6力学性能的改性效果优于两种有机蒙脱土。关键词尼龙6有机粘土纳米复合材料晶型力学性能尼龙(PA)因具有优良的物理性能及力学性能了纳米复合材料，研究了四种纳米复合材料的微观而广泛应用于机械工程、汽车零部件、纺织、电器、体结构，分析了力学性能的差异。育用品等各个领域。但是，作为结构材料，人们对1实验部分PA的强度、耐热性、尺

3、寸稳定性等提出更高的要求。1．1原材料所以，PA改性就成为这一领域的研究热点。PA6切片：MF800，江苏瑞美福实业(高分子聚玻璃纤维、无机填料增强PA是常用的改性方合)有限公司；法。但纤维、无机填料在添加量高的情况下才能满有机累托石：自制，制备方法参见文献J，采用足性能要求，较高的添加量会导致熔体流动性差、加的累托石原材料为湖北钟祥名流累托石开发有限公工困难。自日本丰田汽车公司首次用改性蒙脱土增司生产，阳离子交换量为90mmol／100g，根据改性强PA以来，采用天然纳米硅酸盐粘土增强改性PA剂的结构

4、，分别将合成的有机累托石命名为的研究引起了国内外学者的广泛兴趣j。有机改OREC1、OREC2，其中OREC2改性剂的烷基链较长；性纳米粘土在添加量5％时就可使PA强度达到纤有机蒙脱土：美国南方粘土公司产的SCPX维添加量为30％时的强度。这是因为纳米粘土在1137型有机蒙脱土，浙江丰虹粘土化工有限公司产熔融过程中可以解离成单个具有一定长径比的无机的DK一5型有机蒙脱土(层间距为1．5nm)；片层结构，分散在聚合物中的无机片层与聚合物之其它试剂：均为化学纯，市售。间可形成强烈的界面作用，从而大大提高聚合

5、物强1．2仪器和设备度。国外研究表明，有机蒙脱土质量分数仅为3．2％双螺杆挤出机：SHJ一20型，南京杰恩特机电有时复合材料的模量与纯PA6相比提高了35％左右，限公司；．拉伸强度提高了18％左右。在我国，关于有机注塑机：128MKⅢ型，香港震雄机器厂；粘土改性聚合物的研究也很多J，但工业化应用x射线衍射(XRD)仪：D／MAX一3C型，日本理的不多。这主要是因为国内品质优良的蒙脱土矿较学株式会社；少，有机矿物表面性能不能满足聚合物改性需要，粘偏光显微镜：XPT一7型，南京江南光电(集团)土在聚合物中不

6、能得到充分解离，改性复合材料性股份有限公司；能提高幅度不明显。拉伸试验机：UTM6000型，深圳三思纵横科技累托石是具有与蒙脱土结构相似的硅酸盐片层股份有限公司；结构的天然粘土，这种粘土具有较高阳离子交换量简支梁塑料摆锤冲击试验机：PTM1200型，深和较大的层间距(2nm)，我国已探明储量较丰富。圳三思纵横科技股份有限公司。针对PA的结构特点，笔者选用自制的两种有机累托石与PA6熔融共混，并同时选取两种国内外已商陕西省自然科学基金重点项目(2009JZ004)、西北工业大学创新基金(2010KJ020

7、4)品化的用于改性PA的有机蒙脱土作为对比，制备收稿日期：2011-07—1314工程塑料应用2011年，第39卷，第1O期1．3PA6／有机粘土纳米复合材料的制备进入到硅酸盐片层之间。由此可见四种有机硅酸盐将PA6在真空烘箱内于120cI=下处理12h，然粘土通过熔融共混可以解离成为纳米尺寸而分散在后将其与四种有机粘土混合均匀，其中有机粘土的PA6基体中，最终形成剥离型纳米复合材料。质量分数为3％，用双螺杆挤出机熔融挤出，并用切割机造粒。挤出机自加料段到机头温度依次为185、200、230、245、2

8、50、255、260、260、270qC，螺杆转速为100r／min。制备的四种纳米复合材料分别标记为：PA6／OREC1、PA6／OREC2、PA6／DK5和PA6／1137。246810为了更为确切评价粘土在纳米复合材料中的作20／(。)用，分别取少量已干燥的纳米复合材料粒料置于陶a__PA6：b__一PA6／OREC1：c—PA6／OREC2；d-PA6／DK5；e—PA6／1137瓷坩埚内，在马弗炉中，900~C下焚烧45rain，