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热塑性树脂/蒙脱土纳米复合材料制备及性能研究

作　者: 梁国栋
导　师: 徐卫兵
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料学
关键词: 蒙脱土 纳米复合材料 熔融插层 聚丙烯 聚乙烯 非等温结晶动力学 球晶 交联 凝胶含量
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要


本文采用烷基季铵盐对Ca基蒙脱土进行有机化处理，使其成为有机蒙脱土(Org-MMT)。X射线衍射测试(XRD)表明，有机阳离子已同钙离子发生了交换作用，导致层间距增大。用插层复合法制备聚合物／蒙脱土纳米复合材料，研究聚合物／蒙脱土纳米复合材料的结构和性能。内容包括以下两个部分： 1．采用熔融插层法制备了聚丙烯／接枝物／蒙脱土纳米复合材料，通过XRD、TEM、POM和DSC研究了纳米复合材料的结构及结晶动力学，并测试其力学性能。研究发现： (1)XRD和TEM测试表明，通过熔融插层法，聚合物大分子链已经插层进入蒙脱土片层之间，形成插层型纳米复合材料。 (2)PP／PP-g-MAH／Org-MMT纳米复合材料在蒙脱土含量为2wt％，接枝物含量为10％时拉伸强度出现最大值，和纯PP相比，增加了13％。冲击强度和纯PP接近。 (3)偏光显微镜(POM)测试显示，纯PP球晶大而稀疏，形成完整的黑十字图形。PP／PP-g-MAH／Org-MMT纳米复合材料复合材料中PP的球晶明显细化。X射线衍射测试表明复合材料中聚丙烯111、130、040、041等晶面垂直于反射方向的微晶尺寸随PP-g-MAH含量增加先减小后增大，PP-g-MAH含量为20wt％时最小。 (4)用DSC研究其非等温结晶行为，用Jeziorny和Mo法进行处理。结果表明，Jeziorny和Mo法处理非等温结晶过程比较理想。PP／PP-g-MAH／Org-MMT纳米复合材料的Avrami指数n和F(T)分别大于纯PP的Avrami指数n和F(T)。蒙脱土和PP-g-MAH的加入改变了PP的成核和生长机理，起到了异相成核作用。 2．采用熔融插层法制备了聚乙烯／接枝物／蒙脱土纳米复合材料，通过XRD、TEM和DSC研究了PE／PE-g-MAH／Org-MMT纳米复合材料的结构及结晶动力学，并测试其力学性能。研究发现： (1)XRD和TEM测试表明，采用十八烷基氯化铵改性蒙脱土，通过熔融插层法，聚合物大分子链可以插层进入蒙脱土片层之间，形成剥离型纳米复合材料。 (2)XRD测试显示，采用长链季铵盐、溶液法和高密度聚乙烯可获得较好的插层效果。 (3)用DSC研究HDPE／PE-g-MAH／Org-MMT纳米复合材料非等温结晶行为，用Jeziorny和Mo法进行处理。结果表明，Jeziorny和Mo法处理非等温结晶过程比较理想。HDPE／PE-g-MAH／Org-MMT纳米复合材料的Avrami指数n和F(T)分别大于纯HDPE的Avrami指数n和F(T)。蒙脱土和PE-g-MAH的加入降低了PE的结晶活化能，起到了异相成核作用。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
致谢  8-14
1 聚合物／蒙脱土纳米复合材料研究状况  14-29
  1.1 引言  14
  1.2 蒙脱土的结构与特性  14-17
    1.2.1 蒙脱土的结构  14-15
    1.2.2 蒙脱土的特性  15-16
    1.2.3 蒙脱土的有机化  16-17
  1.3 纳米复合材料结构  17-18
  1.4 聚合物／蒙脱土纳米复合材料制备方法  18-20
  1.5 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的插层反应机理及结构表征  20-24
    1.5.1 热力学研究  20-22
    1.5.2 动力学研究  22-24
    1.5.3 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的结构表征  24
  1.6 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的性能  24-26
    1.6.1 聚合物／蒙脱土纳米复合材料力学性能  24
    1.6.2 聚合物／蒙脱土纳米复合材料阻隔性能  24
    1.6.3 聚合物／蒙脱土纳米复合材料热稳定性能  24-25
    1.6.4 聚合物／蒙脱土纳米复合材料电性能  25-26
    1.6.5 聚合物／蒙脱土纳米复合材料各向异性性能  26
    1.6.6 聚合物／蒙脱土纳米复合材料阻燃性能  26
  1.7 聚合物／粘土纳米复合材料研究进展  26-28
  1.8 聚合物／蒙脱土纳米复合材料的发展前景  28
  1.9 本实验的目的和意义  28-29
2 实验部分  29-32
  2.1 原料  29
  2.2 蒙脱土有机化  29
  2.3 样品制备  29-30
    2.3.1 模压成型  29-30
    2.3.2 注塑成型工艺  30
    2.3.3 溶液法  30
  2.4 测试与表征  30-32
    2.4.1 力学性能表征  30-31
    2.4.2 X射线衍射(XRD)  31
    2.4.3 熔融指数测试  31
    2.4.4 凝胶含量测试  31
    2.4.5 非等温结晶动力学的研究  31
    2.4.6 偏光显微镜(POM)  31
    2.4.7 透射电镜(TEM)  31-32
3 结果与讨论  32-69
  3.1 聚丙烯基纳米复合材料制备和性能  32-49
    3.1.1 PP-g-MAH／Org-MMT纳米复合材料制备和性能  32-33
    3.1.2 PP／PP-g-MAH／Org-MMT复合材料插层行为和力学性能  33-39
    3.1.3 PP／PP-g-MAH／Org-MMT复合材料微观结构分析  39-42
    3.1.4 PP／PP-g-MAH／Org-MMT复合材料非等温结晶动力学分析  42-49
  3.2 PE／PE-g-MAH／Org-MMT复合材料  49-69
    3.2.1 HDPE／PE-g-MAH／Org-MMT复合材料制备及性能  49-60
    3.2.2 LDPE／PE-g-MAH／Org-MMT纳米复合材料制备及性能  60-61
    3.2.3 HDPE／PE-g-MAH／Org-MMT纳米交联复合体系  61-63
    3.2.4 PE／SiO_2纳米复合材料的制备和性能  63
    3.2.5 PE／PE-g-MAH／Org-MMT纳米复合材料非等温结晶动力学  63-69
4 结论  69-71
参考文献  71-74
论文发表情况  74-76

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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