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静电纺丝制备SiO_2纤维及其在聚丙烯改性中的应用

作　者: 朱元超
导　师: 刘力
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 静电纺丝 SiO2短纤维聚丙烯结晶动力学抗冲击性能
分类号: TQ325.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

聚丙烯(PP)广泛应用于各个领域,但是也存在着力学性能差(如低温冲击性能不高)等缺点,限制了其应用。因此改性PP已成为当前的研究热点。静电纺丝是借助高压静电作用进行喷射拉伸而获得超细或纳米级纤维的一种方法。本文主要采用静电纺丝制备了两种纤维对PP进行了改性,主要工作如下：1)本文采用静电纺丝技术,结合正硅酸乙酯(TEOS)的溶胶-凝胶反应制备出了直径为500nm的SiO2短纤维(n-SF)。纤维经过硅烷偶联剂表面处理后,与聚丙烯通过螺杆混合制得复合材料。通过SEM, DSC、XRD表征,表面处理过的SiO2短纤维(n-MSF)在PP基体中分散均匀,界面良好,PP的结晶速率提高,同时提高了PP中β晶含量；通过非等温结晶动力学分析可知n-SF加入使PP异相成核,n-MSF的加入多于1phr时可能使PP均相成核；冲击实验结果表明,n-MSF 3phr时复合材料冲击性能比纯PP提高了40.3%。2)制备出了直径500 nm的表面分布二氧化硅颗粒(含量0.58%)的SiO2短纤维(n-HSF)。对n-HSF/PP复合材料进行SEM, DSC, XRD表征,SiO2短纤维在PP基体中的分散均匀,界面良好；PP的结晶速率提高,p晶含量提高；通过非等温结晶动力学分析可知n-HSF加入使PP异相成核；通过偏光显微镜照片发现复合材料晶体尺寸较纯聚丙烯减小；冲击测试表明n-HSF (0.5phr)/PP复合材料冲击性能较纯PP相比提高了21.6%。改变纺丝溶液中白炭黑的比例,制备出表面粗糙度不同的SiO2短纤维,通过非等温结晶动力学分析可知二氧化硅颗粒含量大于0.84%的n-HSF加入可能使PP均相成核；二氧化硅颗粒含量2.3%的n-HSF使PP的冲击性能提高了89%。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-16
第一章绪论  16-28
  1.1 静电纺丝  16-19
    1.1.1 静电纺丝技术  16-17
    1.1.2 静电纺丝技术制备纳米纤维的方法  17-19
      1.1.2.1 静电纺丝制纤维基本原理  17-18
      1.1.2.2 静电纺丝的影响因素  18-19
      1.1.2.3 静电纺丝制备的纳米纤维应用  19
  1.2 溶胶凝胶法  19-21
    1.2.1 溶胶-凝胶(sol-gel)发展介绍及基本概念  19-20
    1.2.2 sol-gel法的工艺原理  20
    1.2.3 影响sol-gel的主要工艺因素  20-21
  1.3 聚丙烯介绍  21-23
    1.3.1 聚丙烯简介及用途  21
    1.3.2 聚丙烯改性研究进展  21
    1.3.3 聚丙烯结晶α、β、γ及结晶过程  21-23
  1.4 颗粒填料增韧机理  23
  1.5 填料纤维在通用塑料改性中的应用  23-25
    1.5.1 填料纤维的种类  23-24
    1.5.2 玻璃纤维改性塑料  24-25
    1.5.3 其他种类纤维改性塑料  25
  1.6 本课题的主要内容、意义和创新点  25-28
第二章实验部分  28-32
  2.1 前言  28
  2.2 试剂,仪器设备及测试方法  28-30
    2.2.1 主要原料与试剂  28-29
    2.2.2 主要仪器和设备  29
    2.2.3 性能测试方法  29-30
  2.3 实验制备过程  30-32
    2.3.1 表面光滑SiO_2短纤维(n-SF)的制备过程  30
    2.3.2 表面二氧化硅颗粒SiO_2短纤维(n-HSF)的制备过程  30-31
    2.3.3 SiO_2短纤维的表面改性  31
      2.3.3.1 硅烷偶联剂KH570改性SiO_2短纤维  31
      2.3.3.2 十八烷基异氰酸酯(ODI)改性n-HSF制备n-OHSF  31
    2.3.4 SiO_2短纤维/聚丙烯复合材料的制备  31-32
第三章表面光滑SiO_2短纤维在PP抗冲改性方面应用的研究  32-46
  3.1 前言  32
  3.2 静电纺丝法制备的SiO_2短纤维表征(n-SF)  32-34
    3.2.1 n-SF粉体傅里叶红外分析(FTIR)  32-34
    3.2.2 n-SF粉体扫描电镜(SEM)表征  34
  3.3 SiO_2短纤维(n-SF)及KH570改性SiO_2短纤维(n-MSF)在改性PP方面的应用  34-44
    3.3.1 n-SF的改性效果及n-SF/PP、n-MSF/PP的微观形貌分析  35-37
    3.3.2 n-SF/PP、n-MSF/PP复合材料的XRD分析  37-38
    3.3.3 n-SF/PP、n-MSF/PP复合材料的DSC分析  38-41
    3.3.4 n-SF/PP、n-MSF/PP复合材料的非等温结晶动力学分析  41-43
    3.3.5 n-SF/PP、n-MSF/PP复合材料的冲击性能  43-44
  3.4 本章结论  44-46
第四章表面二氧化硅颗粒SiO_2短纤维在PP抗冲改性方面应用的研究  46-72
  4.1 前言  46-47
  4.2 SiO_2短纤维(n-HSF)在改性PP方面的应用  47-56
    4.2.1 静电纺丝法制备的SiO_2短纤维(n-HSF)表征  47-48
    4.2.2 n-HSF/PP复合材料形貌扫描电镜表征  48-49
    4.2.3 n-HSF/PP复合材料的XRD分析  49-51
    4.2.4 n-HSF/PP复合材料的DSC分析  51-52
    4.2.5 n-HSF/PP复合材料的非等温结晶动力学分析  52-54
    4.2.6 n-HSF/PP复合材料的偏光显微镜分析  54-55
    4.2.7 n-HSF/PP复合材料的冲击力学性能  55-56
  4.3 KH570,ODI改性SiO_2短纤维(n-MHSF,n-OHSF)在改性PP方面的应用  56-59
    4.3.1 n-HSF及n-OHSF的红外谱图表征  56-57
    4.3.2 n-OHSF的热失重分析  57-58
    4.3.3 n-HSF/PP,n-MHSF/PP,n-OHSF/PP复合材料的冲击力学性能  58-59
  4.4 不同二氧化硅颗粒含量的SiO_2短纤维(n-HSF)在改性PP方面的应用  59-70
    4.4.1 不同二氧化硅颗粒含量的n-HSF及n-HSF/PP复合材料的扫描电镜表征  60-63
    4.4.2 不同二氧化硅颗粒含量的n-HSF/PP复合材料的DSC分析  63-64
    4.4.3 不同二氧化硅颗粒含量的n-HSF/PP复合材料的非等温结晶动力学分析  64-66
    4.4.4 n-HSF/PP偏光显微镜表征  66-67
    4.4.5 不同二氧化硅颗粒含量的n-HSF/PP复合材料的XRD分析  67-69
    4.4.6 不同二氧化硅颗粒含量的n-HSF/PP复合材料的冲击力学性能  69-70
  4.5 本章结论  70-72
第五章结论  72-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  79-80
作者和导师简介  80-81
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  81-82

静电纺丝制备SiO_2纤维及其在聚丙烯改性中的应用

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