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聚甲醛/弹性体/无机填料共混复合材料的形态、结构与性能研究

作　者: 高小铃
导　师: 傅强
学　校: 四川大学
专　业: 材料学
关键词: 聚甲醛聚氨酯碳酸钙形态结构晶体尺寸增韧
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

聚甲醛为高结晶线形热塑性聚合物，能在较宽的温度范围内保持其所具有的力学性能、化学性能和电性能，是一种具有优良综合性能的工程塑料。但聚甲醛存在着韧性差、缺口冲击强度低、缺口敏感性大的缺陷，极大地限制了聚甲醛在各个领域中应用范围的扩大，为此，国内外对如何提高聚甲醛的冲击韧性进行了大量研究。为了更好的理解聚甲醛的增韧机理，本论文在传统弹性体TPU可大大增韧POM的基础上，以TPU和CaCO₃两种物质分别和协同增韧增强聚甲醛复合材料体系的形态结构、粒子间距、晶体尺寸与性能的关系进行了系统的研究，获取了很多有价值的信息，为高性能聚甲醛复合材料的开发和应用作了理论铺垫，主要结果如下： 1．研究了弹性体含量、增容剂等因素对POM／TPU共混体系的性能、形态以及晶体尺寸的影响，发现弹性体TPU可较好的增韧聚甲醛，但单纯用弹性体共混聚甲醛在室温下不能出现超韧行为，在体系中加入相容剂后，体系的界面作用增强，体系可出现超韧行为。相容剂加入前后体系的临界基体层厚度（L_c）各不相同，验证了TPU增韧聚甲醛的机理不符合Wu氏逾渗理论，Wu氏判据只能从一个方面POM／TPU体系的增韧现象。并且弹性体有使POM晶粒细化和破坏POM球晶规整性的作用，相容剂的加入增强了POM与TPU的界面作用，从而导致POM晶粒进一步细化，当体系的晶体尺寸小于临界值（D_c=40μm）时，体系发生脆-韧转变，这与体系和组成无关。这是首次用临界晶体尺寸理论从另一方面较好的解释了POM／弹性体的增韧现象。但是弹性体主要被排斥在POM球晶之外，不能进入POM晶格，体系仅在无定形区域有一定的相容性，且POM高小铃:聚甲醛/弹性体/无机填料共混复合材料的……的结晶和熔融行为对复合材料冲击强度的变化贡献不大。 2.用碳酸钙填充复合POM，研究了CaCO3的含量、粒径对对聚甲醛的力学性能、分散、结晶行为等的影响，揭示了影响无机填料填充复合材料韧性的主导因素不是晶粒尺寸的减小，而是碳酸钙在基体中的分散形态及填料与基体间的界面粘结状况，粒子在基体中分散均匀，分散尺寸小，与基体间界面粘结好有利于材料冲击韧性的提高，因而纳米碳酸钙的增强增强作用优于微米级填料。 3.针对以往聚合物/弹性体/无机填料复合材料增韧机理研究仅局限于定性解释，缺乏系统深入的研究和定量化分析，我们将TPU和CaCO3结合起来增韧增强聚甲醛，研究了加工方法、组成比、填料含量及粒径、分散形态、晶体形态和尺寸等一系列因素对复合材料性能尤其是冲击韧性的影响，发现当材料的基体层厚度L蕊L。（0.55 pm）时，材料可发生脆韧转变，说明Wu氏理论只可部分解释三元体系的脆韧转变现象，同时还定量的研究了三元体系的冲击强度于球晶尺寸大小的关系，当晶体尺寸小于临界值40 pm（O攫Dc）时，材料可发生脆韧转变，这从另一方面解释了POM三元体系的增韧行为。 .4.首次提出高结晶性聚合物的临界晶体尺寸理论，将该理论与W妞氏理论联系起来用于材料脆韧转变的定量化研究，并将增韧机理的定量化研究从二元体系拓宽到三元体系，对POM汀PU/CaC伪体系进行配方设计，制备得到了同时增强增韧低成本的聚甲醛复合材料;通过比较PO加I/TPu、PoM/C aCO3和POM汀PU/CaC03三种体系的增韧机理，发现对弹性体增韧聚合物、具有核壳结构的弹性体和填料协同增强增强的高结晶性聚合物来说，基体层厚度和晶体尺寸是影响材料性能的两个重要因素，临界基体层厚度理论和临界晶体尺寸理论均可用来解释材料的增韧现象，这对制备高韧性高刚性低成本高结晶性聚合物复合材料的研究具有指导意义，可根据实际需要来选择和设计复合材料的组成比，为高性能、低成本的聚甲醛复合材料工业化打下了良好的基础。

全文目录

第一章绪论  10-42
  1.1 聚合物基纳米复合材料  11-15
    1.1.1 纳米复合材料  11-12
    1.1.2 聚合物基纳米复合材料  12-15
  1.2 增韧机理研究进展  15-24
    1.2.1 弹性体增韧机理  15-20
    1.2.2 刚性粒子增韧聚合物  20-23
    1.2.3 橡胶和刚性粒子同时填充  23-24
  1.3 聚甲醛研究进展  24-35
    1.3.1 聚甲醛改性的研究进展  24-27
    1.3.2 聚甲醛增韧中的脆性转变与增韧机理  27-29
    1.3.3 聚甲醛增韧的影响因素  29-35
  1.4 聚甲醛改性中存在的问题  35
  1.5 本论文研究课题的提出及主要研究内容  35-37
    1.5.1 本论文研究课题的提出  35-36
    1.5.2 本论文主要研究内容  36-37
  参考文献  37-42
第二章 POM／TPU共混体系的研究  42-69
  2.1 前言  42-43
  2.2 实验部分  43-46
    2.2.1 原材料  43
    2.2.2 试样制备  43-44
    2.2.3 力学性能测试  44-45
    2.2.4 形态结构分析  45
    2.2.5 结晶形态与结构分析  45-46
  2.3 结果与讨论  46-65
    2.3.1 力学性能  46-51
    2.3.2 SEM结果  51-57
    2.3.3 PLM结果  57-59
    2.3.4 SALS结果  59-60
    2.3.5 球晶尺寸与冲击强度的关系  60-62
    2.3.6 DSC结果  62-65
    2.3.7 WADX结果  65
  2.4 结论  65-67
  参考文献  67-69
第三章聚甲醛／碳酸钙体系  69-91
  3.1 前言  69
  3.2 实验部分  69-71
    3.2.1 原材料  69-70
    3.2.2 试样制备  70
    3.2.3 力学性能测试  70-71
    3.2.4 形态结构分析  71
    3.2.5 结构形态与结构分析  71
  3.3 结果与讨论  71-89
    3.3.1 碳酸钙种类及含量对体系性能的影响  71-74
    3.3.2 碳酸钙在聚甲醛基体中的分散形态  74-76
    3.3.3 碳酸钙种类及含量对体系结晶形态的影响  76-82
    3.3.4 讨论  82-89
  3.4 结论  89
  参考文献  89-91
第四章聚甲醛／弹性体／碳酸钙复合材料的研究  91-125
  4.1 前言  91-92
  4.2 实验部分  92-94
    4.2.1 原材料  92
    4.2.2 试样制备  92-94
    4.2.3 力学性能测试  94
    4.2.4 形态结构分析  94
    4.2.5 结构形态与结构分析  94
  4.3 结果与讨论  94-122
    4.3.1 力学性能与形态结构  94-108
    4.3.2 SEM数据处理  108-110
    4.3.3 界面模型与理论计算  110-114
    4.3.4 结晶形态与结构表征  114-122
  4.4 结论  122-123
  参考文献  123-125
第五章结束语  125-131
攻读硕士学位期间发表的学术论文  131-132
致谢  132-133

聚甲醛/弹性体/无机填料共混复合材料的形态、结构与性能研究

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