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尼龙610/蒙脱土纳米复合材料的制备与表征

作　者: 杜萍
导　师: 朱诚身；何素芹
学　校: 郑州大学
专　业: 材料学
关键词: 尼龙610 蒙脱土 纳米复合材料 辐射 加工方法
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


将蒙脱土引入聚合物基体制备成聚合物／蒙脱土纳米复合材料，可在蒙脱土填充量很小时即大幅度提高材料的物理力学性能，是近年来兴起的一种备受关注的改性方法。熔体插层法制备聚合物／蒙脱土纳米复合材料的一种常用方法，该方法工艺简单、易工业化，但蒙脱土(MMT)在聚合物中的分散极易受插层剂、加工工艺等因素的影响，从而影响复合材料的结构和性能。本文选取尼龙610为基体，采用多种插层剂修饰的有机蒙脱土和不同加工方法制备出一系列性能优异的尼龙610／蒙脱土纳米复合材料，首次采用辐射法对尼龙610／蒙脱土纳米复合材料进行了改性，并对各复合材料力学性能、动态力学行为、流变性能、熔融和结晶行为、结晶形态和微观结构进行了系统表征，主要研究结果如下： 1．采用CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)、PA6(尼龙6)、硅烷偶联剂等修饰MMT，制得了不同有机蒙脱土(OMMT)。TG、IR和WAXD等研究结果表明各有机改性土的层间距均有所增大，热分解温度较高，均可适应尼龙610的加工温度要求。CTAB和PA6对MMT的扩层作用较明显，本文所使用的硅烷偶联剂的类型及其对MMT的修饰方法对有机土的性能影响不大，因此在采用偶联剂对MMT进行修饰时，可采用最简便的方法—在混料过程中以喷雾法加入即可。 2．采用各种自制OMMT和一种纳米级市售OMMT，采用熔体插层法、加工过程中加入偶联剂以及母料法等工艺制备出了PA610／MMT纳米复合材料，并对其进行了辐射改性。 3．通过TEM观察了MMT片层在尼龙基体中分散情况，结果表明MMT片层呈纳米尺度分散于尼龙基体中，形成了纳米复合材料。同时，发现MMT片层间距大小和其在尼龙中的分散没有必然联系，片层间距较小的MMT也能均匀分散，在加工过程中用喷雾法加入偶联剂和母料法均可促进MMT片层的分散，且可分别得到插层型和剥离型纳米复合材料。 4．对纳米复合材料进行了力学性能测试。结果表明复合材料的拉伸性能和弯曲性能均比PA610显著提高，增强效果明显超过了传统共混复合材料，且偶联剂和母料法均

全文目录


第一章 引言  14-34
  1.1 聚合物／蒙脱土纳米复合材料研究进展  14-31
    1.1.1 蒙脱土的组成与结构特征  14-16
    1.1.2 蒙脱土的层间修饰方法进展  16-21
      1.1.2.1 烷基铵盐和烷基胺  17-18
      1.1.2.2 氨基酸  18
      1.1.2.3 聚合物单体  18
      1.1.2.4 偶联剂  18-19
      1.1.2.5 阴离子表面活性剂  19
      1.1.2.6 多组分共插层剂  19-20
      1.1.2.7 其他改性方法  20-21
    1.1.3 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的结构类型  21
    1.1.4 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的制备方法  21-22
    1.1.5 国内外研究现状及展望  22-31
      1.1.5.1 热塑性塑料基蒙脱土纳米复合材料  22-25
      1.1.5.2 热固性塑料基蒙脱土纳米复合材料  25-27
      1.1.5.3 橡胶基蒙脱土纳米复合材料  27-28
      1.1.5.4 功能性蒙脱土纳米复合材料  28-30
      1.1.5.5 其它基体的纳米复合材料  30-31
  1.2 本文的研究思路与内容  31-34
    1.2.1 选择合适的插层剂修饰蒙脱土  32
    1.2.2 尼龙610／蒙脱土纳米复合材料的制备  32
    1.2.3 加工方法对复合材料性能的影响  32-33
    1.2.4 辐射对复合材料性能的影响  33-34
第二章 蒙脱土的层间修饰  34-49
  2.1 传统CTAB修饰蒙脱土的制备和结构表征  34-37
    2.1.1 实验部分  34-35
      2.1.1.1 原料  34-35
      2.1.1.2 蒙脱土的修饰  35
      2.1.1.3 实验仪器和测试条件  35
    2.1.2 结果与讨论  35-37
      2.1.2.1 CTAB有机蒙脱土的层间距  35-36
      2.1.2.2 CTAB有机蒙脱土的热稳定性  36-37
  2.2 CTAB、硅烷偶联剂修饰蒙脱土的制备和结构表征  37-44
    2.2.1 硅烷偶联剂的结构和作用机理  38-39
    2.2.2 实验部分  39-40
      2.2.2.1 原料  39-40
      2.2.2.2 蒙脱土的修饰  40
      2.2.2.3 结构表征  40
    2.2.3 结果与讨论  40-44
      2.2.3.1 CTAB、KH560有机蒙脱土的层间距  40-42
      2.2.3.2 CTAB、硅烷偶联剂有机蒙脱土的热稳定性  42-43
      2.2.3.3 CTAB、硅烷偶联剂有机蒙脱土的IR分析  43-44
  2.3 CTAB、PA6修饰蒙脱土的制备和结构表征  44-46
    2.3.1 实验部分  44
      2.3.1.1 原料  44
      2.3.1.2 蒙脱土的修饰  44
      2.3.1.3 结构表征  44
    2.3.2 结果与讨论  44-46
      2.3.2.1 CTAB、PA6有机蒙脱土的层间距  44-45
      2.3.2.2 CTAB、PA6有机蒙脱土的热稳定性  45-46
  2.4 市售有机蒙脱土的结构表征  46-48
    2.4.1 原料  46
    2.4.2 实验仪器和测试条件  46-47
    2.4.3 结果与讨论  47-48
      2.4.3.1 有机蒙脱土的层间距  47-48
      2.4.3.2 有机蒙脱土的热稳定性  48
  2.5 小结  48-49
第三章 插层剂对尼龙610／蒙脱土纳米复合材料性能的影响  49-60
  3.1 PA610／MMT纳米复合材料的制备  50-51
    3.1.1 实验部分  50-51
      3.1.1.1 原料  50
      3.1.1.2 实验仪器  50
      3.1.1.3 复合材料的制备方法  50-51
  3.2 复合材料的分散性  51-53
    3.2.1 实验部分  51
      3.2.1.1 实验仪器  51
      3.2.1.2 样品制备  51
      3.2.1.3 测试方法  51
    3.2.2 结果与讨论  51-53
  3.3 复合材料的力学性能  53-55
    3.3.1 实验部分  53
      3.3.1.1 实验仪器  53
      3.3.1.2 测试方法  53
    3.3.2 结果与讨论  53-55
      3.3.2.1 CTAB含量对复合材料力学性能的影响  54
      3.3.2.2 硅烷偶联剂对复合材料力学性能的影响  54-55
      3.3.2.3 PA6对复合材料性能的影响  55
  3.4 复合材料的熔融和结晶行为  55-59
    3.4.1 实验部分  55-56
      3.4 1.1 实验仪器  55-56
      3.4.1.2 实验方法  56
    3.4.2 结果与讨论  56-59
      3.4.2.1 熔融行为  56-57
      3.4.2.2 结晶行为  57-58
      3.4.2.3 结晶时间  58-59
  3.5 小结  59-60
第四章 加工方法对尼龙610／蒙脱土纳米复合材料性能的影响  60-95
  4.1 尼龙610／蒙脱土纳米复合材料的制备  61-63
    4.1.1 实验部分  61-63
      4.1.1.1 原料  61
      4.1.1.2 实验仪器  61
      4.1.1.3 纳米复合材料的制备  61-63
  4.2 有机蒙脱土的粒度分析  63
    4.2.1 实验部分  63
    4.2.2 结果与讨论  63
  4.3 蒙脱土在复合材料中的分散情况  63-68
    4.3.1 实验部分  63-64
      4.3.1.1 实验仪器  63
      4.3.1.2 样品制备  63-64
      4.3.1.3 测试方法  64
    4.3.2 结果与讨论  64-68
  4.4 尼龙610／蒙脱土纳米复合材料的物理力学性能  68-75
    4.4.1 实验部分  68
      4.4.1.1 实验仪器  68
      4.4.1.2 测试方法  68
    4.4.2 结果与讨论  68-75
      4.4.2.1 拉伸性能  70-72
      4.4.2.2 弯曲性能  72-74
      4.4.2.3 冲击性能  74-75
  4.5 尼龙610／蒙脱土纳米复合材料的流变性能  75-83
    4.5.1 实验部分  75-76
      4.5.1.1 实验仪器  75
      4.5.1.2 样品制备  75-76
    4.5.2 结果与讨论  76-83
      4.5.2.1 剪切速率对表观粘度的影响  76-79
      4.5.2.2 温度对表观粘度的影响  79
      4.5.2.3 非牛顿指数  79-81
      4.5.2.4 粘流活化能  81-83
  4.6 尼龙610／蒙脱土纳米复合材料的结晶结构  83-85
    4.6.1 实验部分  83-84
      4.6.1.1 样品制备  83-84
      4.6.1.2 实验仪器  84
      4.6.1.3 实验方法  84
    4.6.2 结果与讨论  84-85
  4.7 尼龙610／蒙脱土纳米复合材料的结晶行为  85-89
    4.7.1 实验部分  85
    4.7.2 结果与讨论  85-89
      4.7.2.1 结晶行为  85-88
      4.7.2.2 结晶时间  88-89
  4.8 尼龙610／蒙脱土纳米复合材料的动态力学性能  89-93
    4.8.1 实验部分  89
    4.8.2 结果与讨论  89-93
  4.9 小结  93-95
第五章 辐射效应对尼龙610／蒙脱土纳米复合材料性能的影响  95-106
  5.1 样品的制备  96-97
    5.1.1 实验部分  96-97
      5.1.1.1 原料  96
      5.1.1.2 实验仪器  96
      5.1.1.3 纳米复合材料的制备  96-97
  5.2 蒙脱土在聚合物基体中的分散性和剥离机理  97-98
    5.2.1 实验部分  97
    5.2.1 结果与讨论  97-98
  5.3 尼龙610／蒙脱土纳米复合材料的力学性能  98-102
    5.3.1 实验部分  98-99
      5.3.1.1 实验仪器  98-99
      5.3.1.2 测试方法  99
    5.3.2 结果与讨论  99-102
      5.3.2.1 最佳辐射剂量的确定  99-100
      5.3.2.2 拉伸性能  100-101
      5.3.2.3 弯曲性能  101
      5.3.2.4 冲击性能  101-102
  5.4 尼龙610／蒙脱土纳米复合材料的DMA分析  102-105
    5.4.1 实验部分  102-103
    5.4.2 结果与讨论  103-105
      5.4.2.1 动态储能模量E'  103
      5.4.2.2 α转变  103-104
      5.4.2.3 热变形温度  104-105
  5.5 小结  105-106
结论  106-108
参考文献  108-115
发表论文  115-116
后记  116

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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