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尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的等温结晶行为和力学性质

作　者: 张剑桥
导　师: 于文学
学　校: 吉林大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 尼龙 6/蒙脱土纳米复合材料等温结晶拉伸
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本文采用熔融插层方法制备出蒙脱土含量为 5wt%的尼龙 6/蒙脱土纳米复合材料，有机改性剂为十八烷铵。小角 X 射线衍射研究发现，衍射图案中没有显示任何对应于蒙脱土片层的散射峰，表明含量为 5%蒙脱土的复合材料里的硅酸盐片层解离成纳米尺寸的薄片均匀地分散在尼龙 6 基体中，形成了纳米复合材料。利用 X 射线衍射，DSC 等表征手段对尼龙 6 和尼龙 6/蒙脱土纳米复合材料的等温结晶行为和拉伸的聚集态结构进行了研究。尼龙 6 在高温等温结晶易于形成 α 相，在低温则易于形成γ相，在 100℃左右，是两相转变的转变点，这是主要是由于分子链流动性引起的。分子链流动的限制导致γ相的形成，反之，则有利于 α 的形成。在 180℃等温结晶时，尼龙 6 的两个 α 结晶峰位向小角方向偏移。另外在 2θ=28.5°处突然出现一个极强的高温结晶峰，此峰乃是 2θ=28.9°的弱峰在温度升高时向低角移动并突然变强的结果。而 180℃以下等温结晶则观察不到此峰。该高温结晶峰在已有的文献中从未被报道过，故是本研究的首次发现。蒙脱土纳米片层的引入改变了这个高温结晶峰的存在形式，使其在整个被测量的温度范围（0-180 C）都可被观察到。这和尼龙 6 在蒙脱土纳米片层上的异相形核 o有关，因为尼龙 6 和蒙脱土纳米片层存在存在很强的相互作用。这个高温结 - 49 -<WP=55>吉林大学硕士学位论文晶峰的起源可能有两个原因：一是由应力诱导结晶所引起；二是由淬火将高温的状态保持到低温造成的。蒙脱土的加入改变了尼龙 6 的晶体结构，促进了γ相的形成，提高了尼龙 6 的结晶度。随着等温结晶温度的升高，等温结晶对纳米复合材料的影响并没有像尼龙 6 那样晶体结构改变的那么明显，这归因于蒙脱土片层对分子链的束缚作用。随等温结晶温度的提高，纳米复合材料的结晶度增大，晶体更加完整，这归因于纳米复合材料中的尼龙 6 分子链随温度升高活动性增大，使其结晶变的更加容易。对尼龙 6 及尼龙 6/蒙脱土纳米复合材料在室温下、90℃、150℃ 和 200℃下以 2mm/min 的速率进行拉伸，发现随着拉伸温度的升高，两种材料的弹性模量是逐渐降低的。200℃以前，纳米复合材料的弹性模量始终高于尼龙 6，但在 200℃时两种材料的弹性模量相等。屈服强度也是随温度升高而降低的，但是在整个温度范围内，纳米复合材料的屈服强度始终高于尼龙 6，说明蒙脱土的加入不仅提高了室温下的力学性质，而且也提高了高温下的力学性质，这归因于蒙脱土与尼龙 6 之间有很强的相互作用。但是，随着温度的升高，蒙脱土的增强作用有很大的降低。我们认为这是高温下，尼龙 6 分子链的活动性的增加以及蒙脱土与尼龙 6 基体的相互作用降低的缘故。为了更好的了解形变温度对纳米复合材料结构的影响，作为比较，我们将尼龙 6 拉伸至等同于纳米复合材料的应变位置。WXRD 显示，沿经线方向扫描，纳米复合材料中尼龙 6 两种晶形衍射峰的强度要高于垂直拉伸方向上的衍射强度，而且逐渐升高。而尼龙 6 在垂直于拉伸方向上（纬线）扫描，(200)α强度升高，(202/002)α 则降低；在沿经线方向上扫描时，(200)α 和(202/002)α都是逐渐升高的，这是因为蒙脱土的加入对尼龙 6 取向结晶有束缚作用。 DSC 测量结果显示，室温下，因为蒙脱土的异相形核作用，纳米复合材料的结晶度要高于尼龙 6。但随着温度的升高以及形变量的增加，尼龙 6 的结晶度逐渐升高，并最终大于纳米复合材料的结晶度，这是因为蒙脱土对分 - 50 -<WP=56>吉林大学硕士学位论文子链的束缚作用。随着温度的升高以及应变的增加，纳米复合材料的结晶度是先降低后增加的，这可能是拉伸对纳米复合材料在玻璃化转变温度以下小晶粒的破坏作用。在 150℃，以 0.2、2、20、100mm/min 的速率对纳米复合材料进行拉伸，发现一个反常现象，即随着拉伸速率的增加，断裂伸长率增加。WXRD 分析表明，纳米复合材料的结构随拉伸速率的增加没有明显的变化，说明拉伸速率对应力诱导结晶不敏感，分子的活动性增加及分子链在形变中的取向是纳米复合材料结晶度增加的原因。

全文目录

第一章绪论  6-20
  第一节  7-11
    蒙脱土的有机改性  7
    一 .蒙脱土的结构  7-8
    二. 有机改性剂  8-10
    三. 有机改性剂对蒙脱土的影响  10-11
    四. 蒙脱土结构对有机改性后蒙脱土的影响  11
  第二节聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法  11-14
    一. 剥离－吸附法  11-13
    二. 原位插层聚合法  13-14
    三. 熔融插层法  14
  第三节聚合物/蒙脱土纳米复合材料的结构  14-15
  第四节尼龙 6/蒙脱土纳米复合材料的研究进展  15-18
  第五节本论文工作的目的  18-20
第二章尼龙6／蒙脱土纳米复合材料与尼龙6的等温结晶  20-28
  第一节样品的制备与表征  20-21
  第二节尼龙 6 的等温结晶行为  21-22
  第三节尼龙 6／蒙脱土纳米复合材料的等温结晶行为  22-27
  第四节本章小节  27-28
第三章拉伸对尼龙 6/蒙脱土纳米复合材料的影响  28-43
  第一节样品的制备与表征  28
  第二节拉伸温度对尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的影响  28-40
    一. 力学性质  28-33
    二. Ｘ射线衍射分析  33-37
    三. ＤＳＣ分析  37-40
  第三节拉伸速率对尼龙6／蒙脱土纳米复合材料的影响  40-42
  第四节本章小节  42-43
第四章结论  43-44
参考文献  44-52
攻读硕士期间发表的论文  52-53
致谢  53-54
摘要  54-59

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