（材料科学与工程专业论文）petpa6mmt纳米复合材料的纺丝成型及结构性能研究.pdf

p e t p a 6 m m t 纳米复合材料的纺丝成型及结构性能研究 摘要 聚合物蒙脱土纳米复合材料由于其显示诸多优异的性能而 倍受学术界及工业界的关注，成为当今高分子材料领域的一个研 究热点。尽管有关聚合物蒙脱土纳米复合材料的制备及其在工 程塑料领域的应用已有不少报导，但对于这类材料，尤其是聚合 物共混物蒙脱土纳米复合材料的纺丝成型及其结构性能研究， 尚鲜有报导。 本论文尝试采用双螺杆挤出熔融插层的方法，用不同的共混 步骤( 一步法和二步法) 制各了p e t p a 6 删t 纳米复合材料，并 用x 射线衍射及扫描电镜对其结构作了表征；用d s c 方法研究了 p e t p a 6 删t 共混体系的非等温结晶动力学以及p e t p a 6 埘t 的 相容性。对不同配比的p e t p a 6 姗t 共混体系的可纺性及初生纤 维的力学、取向和染色性作了测试，并对纤维的染色动力学和染 色热力学作了深入探讨。论文取得的主要结果如下： 1 、用不同的方法制备了p e t p a 6 删t 纳米复合材料，并对其 结构用x 射线衍射及扫描电镜进行表征。结果表明：采用熔融插 层双螺杆挤出机共混，无论采用一步法还是二步法都可得到剥离 型p e t p a 6 姗t 纳米复合材料。 2 、用d s c 方法研究了p e t p a 6 埘t 共混体系的非等温动力学。 结果表明：当p a 6 的含量三2 0 ，t 。，：比纯p e t 小，结晶速率大于 纯p e t ；当p a 6 的含量 2 0 时，t 。比纯p e t 大，结晶速率小于纯 p e t ；当p a 6 为1 0 时，无论一步法还是二步法共混，其结晶度都 相对p e t 有了很大程度的提高，而随着p a 6 含量的增加，p e t 和 p a 6 出现相分离。降温速率对结晶度的影响比较明显。 3 、对p e t p a 6 删t 共混体系相容性的研究表明，在p e t p a 6 中加入少量蒙脱土可以起到增容剂的作用，使p e t ，p a 6 部分相 容；而加入含量超过4 份的蒙脱土时，蒙脱土在p e t p a 6 中的分 散性受到影响，会出现团聚现象。加入环氧树脂的体系相容性也 有所提高，并随着p a 6 组分的增多相容性改善的越多。 4 、对p e t p a 6 姗t 共混体系得可纺性作了详细的研究。结 果表明，p e t p a 6 删t 组成为9 0 1 0 2 质量份数的共混体系具有 较好的可纺性及染色性。对9 0 p e t 1 0 p a 6 埘t 纤维的染色热力学 研究发现，p e t p a 6 删t 纤维在不同染色温度条件下，其吸附等 温线呈分配型吸附特征。对9 0 p e t 1 0 p a 6 咖t 纤维的染色动力学 研究发现，其扩散系数随上染温度的升高而增加。 关键词聚对苯二甲酸乙二酯，尼龙6 ，蒙脱土，结晶，相容 性，可纺性，染色性 东华大学硕士学位论文p e t 队6 小心仃纳米复合材料的纺丝成型及结构性能研究 s t u d yo nt h es p i i u l a b i l i 够o fp e l a 6 m m t n a n o c o n l p o s i t e sa n dm e i rs 咖c 饥玎ea n dp r o p e r t i e s a b s t r a c t p o l y m e r m o n t m o r i l l o n i t en a n o c o n l p o s i t e s h a v ea t t r a c t e d c o n s i d e r l b l e 啦e n t i o ni 1 1a c a d e m i ca n di n d u s t r i a lc i r c l e sd u et om e i r m 龇l yo u t s t a n d i n gp e r f o r m a n c e s ，a n db e c o m eah o ts u b je c tm t h e p o l y m e r i cm a t e r i a lf i e i di nr e c e n ty e a r s t h es t u d i e sa n da p p l i c a t i o n s i np l a s t i ca r e ao fp o l y m e r m o n t m o r i l l o l l i t en a n o c o m p o s i t e sh a v e b e e nr e p o r t e da1 0 t ，b u ta sf o rt 1 1 em a t e r i a l ，e s p e c i a l l yt h es t u d yo f s p i l l l l a b i l i t ) ，a n dt h e i rs t m c t u r ea n dp r o p e n i e so fb l e n dp o l y m e r m o n t m o r i l l o l l i t eh a v eb e e nf e wr 印o r t e d i nt h i st h e s i s ，t h en a n o c o m p o s i t e sb a s e do np e l 卯a 6 爪嗄m t w e r ep r e p a u f e db y o n e s t e pa n dt w o - s t 印m e l ti n t e r c a l a t e dm i x i n gi na 僦i n s c r e we 栅d e r t h e i rs 仃u c m r e sw e r ee x 锄i n e d b yw a x da n d s e mm e t h o d s t h en o n i s o t h e n n a lc 巧s t a l l i z a t i o nl ( i n e t i c sa n dt h e c o r n p a t i b i l i z a t i o no fp e t p a 6 m m tw e r es t u d i e db yd s cm e t h o d t h es p i n n a b 订i t yo ft h ep e t p a 6 瓜伽tb l e n d ss y s t e m sw i t hd i 行e r e n t c o n t e n t s ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dd y e i n gk i n e t i c sa n dd y e i n g t h e r r n o d y n 锄i c so ft h ef i b e r sp r e p a r e dw e r es t u d i e d t h em a i n i i i 壅堡太堂亟堂僮途塞堕逊曼尘鱼咝! 纳苤复金挝抖的缠丝盛型拯结拉性能硒究 r e s u l t so b t a i n e da i ea sf o l l o w s ： 1 t h en a n o c o n l p o s i t e sb a s e do np e t p a 6 小tw e r ep r 印a r e d b yd i 毹r e n tm e t l l o d s 肌d 舭i rs t m c t u r e sw e r e c h a u r a c t e r i z e db y w a x da n ds e mm e t h o d s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a ti ti sp r a c t i c a l t o p r e p a r em ee x f o l i a t e dp e t 似6 删tn a n o c o m p o s i t e sv i ab o t h o n e - s t 印a n dt 、v o - s t e pm e l ti n t e r c a l a t e dm i x i n gi na 饥i 1 1 s c r e w e x 协】d e r 2 、t h en o n i s t h e m a lc 巧s t a l l i z a t i o nk i n e t i c sw a ss t u d i e db yd s c m e t h o d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tw h e nt h ec o n t e n to fi 璇6i s1 0 w e r t h a n2 0 ，t h eh a l f t i m eo f c 巧s t a l l i z a t i o ni ss h o r t e rt 1 1 a nt 1 1 a to fp u r e p e ta n dt h er a t eo fc 巧s t a l l i z a t i o ni sf 瓠t e rt 1 1 a nt h a to fp u r ep e t w h e n 廿1 ec o n t e n to fp a 6i s h i g h e rt h a n2 0 ，m eh a l ft i m eo f c 巧s t a l l i z a t i o ni s l o n g e r t h a l lt 1 1 a to fp u r ep e ta n dt h er a t eo f c 拶s t a l l i z a t i o ni ss m a l l e rt h a nt h a to fp i l r ep e t w h e nt h ec o m e n to f f a 6i s1o ，n om a t t e rb yo n e - s t e po rt w o - s t 印m e l ti n t e r c a l a t i o n ，t h e r e l a t i v e d e g r e e o fc r y s t a l l i n i t yh a db e e n i m p r o v e do b v i o u s l y h o w e v e r ，w i t ht h ec o n t e n to fp a 6h i g h e r t h ec o m p a t i b i l z a t i o no f p e ta n dp a 6b e c a i l l ew o r s e t h ee 艉c to ft h e c 0 0 1 i n gr a t eo n r e l a t i v ed e g r e eo fc 珂s t a l l i i n i t ! yi sg r e a t 一 ， ，v 3 、t h ec o m p a t i b i l i z a t i o nr e s u l t so ft h ep e t p ! a 6 肺压m tb l e n d s y s t e mi n d i c a t e dt h a tt h ep e ta j l dp a 6p h a s ei nt h eb l e n ds y s t e m i v 东华大学硕士学位论文p e t 舷6 小蹦t 纳米复合材料的纺丝成型及结构性能研究 b e c 锄ep a n l yc o m p a t i b i l i z a t i o nw i mal i t t l ec o n t e n to fm m ta sa c o i n p a t i l i z e r h o w e v e r ，、v h e nm ea m o u n to fm m t i sl a 玛e rm a i l4 ， t 1 1 e d i s p e r s i o n o fm m ti l lm em a c l j xw i l lb ea f f e c t e d t h e c o m p a t i b i l i z e ro fb l e n ds y s t e mw i t he p o xw a sa l s oi m p r o v e d ，a n d t h e l a 玛e r m ec o n 钯n to f i a 6 ， t l eb e t t e ro ft h e s y s t e m c o n l p a t i b i l i z a t i o n 4 、t h es p i n n a b i l i 够a n dt h ed y e i n gp i o p e r t i e so fp e l p a 6 仃叫口m t b l e n ds y s t e mw a ss t u d i e di nd e t a i l t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e c o m p o s i t i o no f9 0 10 2p e t p a 6 佃v 蹦th a sg o o ds p i i u l a b 订i 劬t h e s p u n 助e r 丹o mw h i c hh a sb e t t e rd y e i i l gp r o p e 而e s t h er e s u l to f d y e i n g 姑n e t i c so ft h ef i b e r si n d i c a t e dt h a tt 1 ea d s o 印t i o ni s o t h e m a l c u r v e so fp e l p a 6 删tf i b e r su n d e rd i f 3 f e r e n td y e i n gt e m p e r a m r e b e l o n gt ot 1 1 ed i “b u t i o n 咖e 1 1 1 er e s u l to fd y e i n gm e m o d y n a m i c s o ft h e 仃b e r si 1 1 d i c a t e dm a tt h ed i 疏s i o ni n d e xb e c 锄eh i 曲e ra st h e d y e i n gt e n l p e r ：抛r e g a oq i a n ( b i o n i c sm a t e r i a l ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rl i a n gb o - r u n k e y w o r d ：p 0 1 y ( e t h y l e n et e r e p h t h a l a t e ) ，n y l o n 6 ，m o n t m o r i l l o n i t e ， c 巧s t a l l i z a t i o n ，c o m p a t i b i l i z a t i o n ，s p i r m a b i l i t y ，d y e i n ga b i l i t y v 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文， 是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确 注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：高南 日期： o 7 年月午日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密豳。 学位论文作者签名： 高南 日期：刁年f 月l ( 7 日 卅u ，旷 jjr 野 日 够夥 o 名 年 签力 师 坳，一7 导 期 指 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 纳米复合材料的概念最早是由r u s t i mr o y 【1 】于1 9 8 4 年提出的，它是指 分散相尺寸至少有1 种小于l o o 腿的复合材料。由于纳米粒子有独特的“表 面效应、“体积效应和“量子效应”，使纳米复合材料表现出独特的化学 和物理性质，因此引起了人们的广泛关注。 纳米聚合物材料是当今新材料领域研究的重点，它将无机物的刚性， 尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性，可加工性及介电性完美地结合起 来，显示出极其特殊的性能。聚合物基纳米复合材料包括聚合物基有机纳 米复合材料和聚合物基无机纳米复合材料。聚合物基无机纳米复合材料是 集有机组分和无机纳米组分于一体的新型功能高分子材料。目前，聚合物 基无机纳米复合材料的制各方法主要有3 种：即溶液一凝胶法、嵌入法和 纳米微粒填充法【2 】。 聚合物层状硅酸盐蒙脱土纳米复合材料( p l s ) ，是目前新兴的一种聚 合物基无机纳米复合材料。与常规复合材料相比，具有以下特点【3 】： 只需很少的填料 您的高温段，甚至达到p p 基体的2 倍。陈中华等【3 1 】用t i 讼b 对膨润土进行有机改性用熔体插层的方 法制备了丙烯( p p ) 蒙脱土插层纳米复合材料，复合材料的缺口冲击强度得 到了大幅度的提高，而且拉伸强度则基本上保持不变。 1 3 4m m t 在共混体系中的应用 丁运生【3 2 1 等采用y 射线辐照法制备了聚醋酸乙烯酯( p v a c ) 及聚醋酸乙 烯酯蒙脱土( m m t ) 纳米复合材料。用熔融共混法制备了 p v a c p ! a 6 h d p e 、与m m t _ 呻v a c p a 6 h d p e 共混物，通过d s c 法研究了 共混物中h d p e 的非等温结晶行为，考察了m m t 的存在对h d p e 结晶行 为的影响。结果表明，体系中m m t 的存在有助于提高h d p e 的结晶速率 与晶体的完整性，单位时间内要达到不同的指定结晶度，所需的降温速率 的变化幅度较小。 第一章绪论 史大刚f 3 3 1 等利用扫描电子显微镜、广角x 射线衍射仪和示差扫描量热 分析仪对蒙脱土改善p v c p s 共混体系相容性研究发现，p v c p s 为不相容 的共混体系，但通过物理化学两种方法将m m t 引入p v c p s 共混体系后， 分散相p s 在p v c 连续相中的分布变均匀，两相的相容性有了明显的改善； m m t 加入p v c p s 共混体系后，两种聚合物的玻璃化转变温度之间的差值 由2 2 左右最低减小到7 ，说明m m t 能明显改善p v c 伊s 共混物的相容 性，但对力学性能的改善并不是十分明显。 王强华1 3 4 j 通过熔融挤出制备基于聚已内酯( p c l ) ，聚环氧乙烷( p e o ) 共混物与层状硅酸盐( 粘土) 的纳米复合材料。使用透射电子显微镜( t e m ) 表征p c l 印e o 共混物纳米复合材料的形态特征。同时进行流变性能的测 试，并与t e m 观察结果相比较，评估硅酸盐片层在p c l p e o 界面上的 迁移和定位。通过透射电镜，可以观察到相当数量的剥离的硅酸盐片层定 位在p c i p e o 界面上。采用二步法制成的相同的共混物纳米复合材料显示 硅酸盐片层会从p e o 粒子相或p c l 连续相中扩散迁移到p c 卯e o 界面上， 以降低p c l 和p e o 之间的高的界面张力。在低频率下，由于硅酸盐片层形 成的网络结构，纳米复合材料的剪切储能模量和粘度会逐渐从类似液体的 性质转变为类似固体的性质。p c l p e o 共混物纳米复合材料的剪切储能模 量和粘度比p c l 均聚物纳米复合材料低，这说明部分硅酸盐片层在界面上 的定位降低了它们在共混物基体中的剥离程度。 1 。3 4p l s 纳米复合材料在化学纤维方面、染色性的研究进展 迄今为止，研究人员已在工程塑料的研究与开发方面进行了大量的工 作，并取得了较好的应用效果；但是，p l s 纳米复合材料在化学纤维方面的 应用研究报道的很少。 p p m m t 纤维：王东庆等【3 5 】用x 一射线衍射仪研究了蒙脱土在聚丙烯中 的插层情况；对蒙脱土改性聚丙烯的多组分共混体系的可纺性及染色性作 了比较。结果表明，聚丙烯马来酸酐接枝聚丙烯有机蒙脱土复合材料的质 量分数组成为7 8 5 1 3 5 1 5 ，加入质量分数为6 5 聚酯离聚物的共 混体系具有较好的可纺性，且蒙脱土与聚酯离聚物对聚丙烯纤维的染色性 改善具有协同作用，较聚丙烯聚酯离聚物体系的染色性更好。有机删t 的 第一章绪论 加入，使p p 纤维的拉伸强度及模量均有提高，但断裂伸长率下降；结晶速 率，结晶度，热稳定性及吸湿性均有提高，但与纯p p 纤维相比，复合纤维 的取向度有所下降。 p a m m t 纤维：任婉婷等【3 6 】通过原位聚合方法制备了尼龙6 纳米复合材 料，并对这种材料的可纺性进行了初步探索。文中选用熔融指数仪作为实 验用纺丝装置，发现熔体可以从毛细管口连续且均匀挤出，伸头卷绕顺利。 将初生丝分别进行5 5 倍和6 0 倍的后拉伸，单丝纤度可以分别达到2 2 5 d t e x 和2 0 6 d t e x ，单丝强度为4 5 5 0 c n d t e x ，断裂伸长为1 7 之2 。文章还在 2 3 5 的纺丝温度下测定了几种不同蒙脱土含量的尼龙6 纳米复合材料的最 大纺丝速度。数据表明，在尼龙6 基体中加入蒙脱土会影响复合材料的可 纺性；而且，最大纺丝速度随蒙脱土的增加而减少。纳米分散的埘t 降低 了尼龙6 氢键的有序度，增加了y 晶体的取向度，部分y 晶体转变程q 晶 形。在1 7 l ( i n m i n 的纺丝速度内p a 6 删t 纤维的结晶度高于纯p a 6 ，但对 m m t 的含量没有明显的依赖性：在纺丝速度小于3 k m m i n ，复合纤维的双折 射高于纯p a 6 纤维；复合纤维的取向诱导结晶始于2 k m m i n 的纺丝速度， 而纯p a 6 则始于4 k m m i n ，复合纤维具有更高的杨氏模量。 p e t m m t 纤维：j i n h a ec h a m g ，s u l l gj o n gk i i n 【3 7 1 分别比较了用 c 1 2 p p h - m m t 改性的p e t 和p t t 在不同拉伸速率下改性蒙脱土在基体中的 分散情况。通过对拉伸速率为1 ，3 ，1 0 ，1 6 的纤维做x r d ，实验表明：含 量为3 c 1 2 p p h m m t 的p e t ，当拉伸速率从3 升到1 6 ，没有明显的峰( c l a y p e a k s ) 出现。这恰恰表明粘土层剥离并且分散在p e t 基体中，这也表明了 c 1 2 p p h m m 聊e t 体系形成了剥离型纳米复合物。p e t 删t 纤维的热收缩率 和取向度小于纯p e t 纤维，p e t 删t 纤维在相同的拉伸温度下具有比纯p e t 纤维更小的结晶度和晶粒尺寸，纳米复合纤维的断裂强度和初始模量随瑚t 含量的增加而增加，而随拉伸倍数的增加而减小。 p b t 删t 纤维：通过聚合插层和熔纺可制得p b t 删t 纤维。研究表明，删t 较小的添加量能明显改善复合纤维的力学性能；但对于3 w t 删t 的复合纤 维，拉伸倍数从1 增至6 ，纤维强度和初始模量呈线性下降。 第一章绪论 1 4 本论文研究的意义与主要研究内容 聚对苯二甲酸乙二酯( p e d 纤维于2 0 世纪5 0 年代就开始工业化生产， 其性能优异，原料易得，用途广泛，经半个世纪的发展已成为合成纤维中 产量最大的品种。但是，作为纺织原料涤纶纤维也有如下的不足之处：染 色性能差( 可使用染料种类少，且需高温高压染色设备) ，吸湿率小，易产 生静电荷积累，易产生起毛起球( 尤其是针织品) ；聚酰胺( p a 6 ) 具有优良的 力学性能、耐磨、可以简易的染色工艺用分散、酸性或金属络合染料染色， 结晶性能优异，但p a 6 具有吸湿大，尺寸不稳定，成型收缩大的缺点，也 有必要改性。将两者共混以期改善p e t 的吸湿性和染色性；另外与传统颗 粒增强或纤维增强聚合物基复合材料相比，含有2 5 质量分数的粘土就 使复合材料的模量和热变形温度显著提高，强度提高，并具有良好的阻燃 性、防气体透过性以及电、磁、光学方面的特性，同时保持了聚合物材料 质轻、透明和良好的流动性。目前，对p e t m m t 以及p a 6 m m t 纳米复合 材料的研究已经很多，但在p e t p a 6 合金中加入m m t 尚未见报道，m m t 的加入对p e t p a 6 的力学性能，可纺性以及染色性有何种影响，都是值得 探索的领域。 本文主要以改性蒙脱土和p e t 、p a 6 为原料，采用一步、两步熔融插层 两种方法制备p e 僦6 蒙脱土纳米复合材料，对两种方法的结果进行比较。 并对共混体系的结晶性能进行了研究，对p e t 蒙脱土纳米复合材料的可纺 性和染色性进行了探讨。 第一章综述了聚合物蒙脱土纳米复合材料的制备、表征、性能、国内 外研究历史与现状和应用前景等。第二章采用一步、两步熔融插层聚合两 种方法制备p e t 能6 蒙脱土纳米复合材料。用w x r d 和扫描电子显微镜 表征蒙脱土在p e t 基体中的分散情况并比较对两种共混方法进行了比较。 第三章主要采用d s c 对p e 嗍6 蒙脱土纳米复合材料的非等温结晶行为 进行探讨。第四章对p e 删p a 6 蒙脱土的相容性进行研究。第五章和第六章 对p e t 蒙脱土纳米纤维的可纺性和染色性做了研究。 第一章绪论 参考文献 【1 】r 0 y r c e r 锄i c sb y 也es o l u t i o n s o l g e lr 0 u t es c i e n c e ，1 9 8 7 ，2 3 4 ( 4 8 3 4 ) ， 1 6 6 4 1 6 6 9 2 马家举，徐国财，聚合物纳米复合材料的制备方法，现代化工，2 0 0 l ， 2 1 ，1 5 1 7 3 】王新宇，漆宗能，王佛松等，聚合物层状硅酸盐纳米复合材料制备及应 用，工程塑料应用，1 9 9 9 ，2 7 ，1 5 4 】陈国华，李明春，姚康德，聚合物粘土纳米复合体系， 高分子材料科学 与工程，1 9 9 9 ，1 5 ( 3 ) ，9 1 3 【5 赵杏嫒，张有瑜，粘土矿物与粘土矿物分析，北京，海洋出版社，1 9 9 0 6 】任磊夫， 粘土矿物与粘土岩，北京，地质出版社，1 9 9 2 7 】郝爱，橡胶纳米复合材料研究进展，弹性体，2 0 0 1 ，1 1 ( 1 ) ，3 7 - 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0 s b j t s u g u ： u s u 虹，a r i m i t s u ， f i n e 鼬m c t i l r eo f1 1 y l o n 一6 一c l a y h y b r i d ， j o 啪以o fp 0 1 y m e rs c i e n c e ，p a r tb ：p o l y m e rp h y s i c s ，1 9 9 4 ，3 2 ( 4 ) ， 6 2 5 6 3 0 2 8 】王一中，武保国，余鼎声，聚苯乙烯蒙脱土嵌入混杂材料的研究，合成 树脂及塑料，2 0 0 0 ，1 7 ( 2 ) ，2 2 2 4 【2 9 】f ux ， q u t u b u d d i i l s p o l y m e r - c l a yn a j l o c o m p o s i t e s ： e x f o l i a t i o no f o 玛a 1 1 1 1 0 p h i l i cm o n t i l l 耐1 1 0 1 1 i t e sn a n o l a y e r si 1 1p o l y s 够r e n e p 0 1 y m e r ， 2 0 0 1 ， 4 2 ，8 0 7 8 1 3 3 0 】张晓辉，范家起，李强等，聚丙烯蒙脱土纳米复合材料：制备、表征及 动态力学性能，高分子学报，2 0 0 0 ，5 ，5 6 3 5 6 7 3 1 】陈中华，龚克成，刘书根，聚丙烯改性膨润土复合材料的制备、结构与 第一章绪论 性能，合成树脂及塑料，2 0 0 0 ，1 7 ( 1 ) ，4 纠7 3 2 】丁运生，张志成，m m t - p 、，a c p a 硎皿i p e 共混物中m m t 纳米粒子对 如p e 结晶性能的影响，2 0 0 5 ，2 1 ( 4 ) ，2 5 6 2 6 0 3 3 】史大刚，姚子华，马晓莉，仇满德，蒙脱土改善p v c p s 共混相容性的 研究，中国塑料，2 0 0 5 ，1 9 ( 2 ) ，3 l 3 5 【3 4 】王强华，热塑性高分子共混物改性粘土纳米复合材料的形态特征和流 变性能，玻璃钢，2 0 0 4 ，3 ，1 6 3 5 王东庆，尹端，马敬红等，蒙脱土改性聚丙烯共混体系的可纺性及 染色性研究，东华大学学报( 自然科学版) ，2 0 0 4 ，3 0 ( 5 ) ，6 1 l 3 6 】任婉婷，李小宁，朱本松等，尼龙6 蒙脱土纳米复合材料的合成及表征， 北京服装学院学报( 自然科学版) ，2 0 0 1 ，2 1 ( 2 ) ，1 7 3 7 j i n - h a ec h a l l n g ， s u i l gj o n gk i i l l ，p 0 1 y e s t e rn a i l o c 锄p o s i t e 助e r s ： c o m p a d s i o n o ft i l e i r p r o p e r t i e s 谢t 1 1 p o l y ( e t h y l e n et e r e p h t h a l a t e ) 锄d p o l y ( t r i m e t h y l e n e t e r e p h t h a l a t e ) ( i i ) ，p o l y m e rb u l l e t i n5 2 ，2 0 0 4 ，2 8 9 2 9 6 第二章p e t 力p a 6 小心仃纳米复合材料的制备与表征 第二章p e t p a 6 m m t 纳米复合材料的制备与表征 2 1 引言 如前所述，聚合物纳米复合材料由于其优于常规聚合物的力学性能和 热学性能，已成为高分子材料改性的重要途径。对于p e t m m t 的制备及结 构性能研究已有一些报导【1 叫。 c h e rh d a v i s 【4 】等人在研究加工条件对 p e t m m t 复合材料的影响时，采用十六烷基铵处理的蒙脱土与p e t 熔融共 混，得到较高分散程度的p e t m m t 复合材料。对于p a 6 m m t 的研究也有 不少报掣”】。k o j i n l 如y o s h i t s u g u 【8 】等研究了尼龙6 蒙脱土复合材料的结 构，发现蒙脱土均匀地分散在尼龙6 的基体中，硅酸盐片层和尼龙6 晶体 成平面状分布。p e t 和p a 均为重要的高分子材料，应用极为广泛，两者各 有其优点和使用范围，通过共混可望得到兼具二者优良性能的共混物材料， 但p e t 与p a 6 的相容性问题尚有待解决。适今为止，对于p e t 胜6 共混体 系的蒙脱土插层改性尚未见报导。由于蒙脱土在p a 6 中的分散优于p e t ， 因此，在本章中，我们分别使用一步和二步熔融插层法通过双螺杆挤出制 备了p e 吖p a 6 小n v i t 纳米复合材料进行比较，并通过添加双酚a 环氧树脂 以期改善p e t 与p a 6 两者的相容性，以期获得性能更佳的纳米复合材料， 并具有良好的可纺性。 2 2 实验部分 2 2 1 原料及试剂 p e t 切片，上海石化公司，【r l 】= 1 0 1 d l g ； p a 6 切片，石家庄化纤有限责任公司，【r 1 】= 2 8d l g ； 有机蒙脱土d k 2 ，浙江丰虹粘土化工有限公司，平均粒径：2 5pm ； 第二章p e 硎p a 6 小心仃纳米复合材料的制备与表征 环氧树脂e 一4 4 ，上海树脂厂提供，环氧值为0 2 2 2 0 1 7 9 ( m 0 1 1 0 0 9 ) ； 邻苯二甲酸二辛酯( d o p ) ，工业级，相对密度o 9 8 2 o 9 8 8 9 c m 3 ，中纺投 资股份有限公司提供。 2 2 2p e t p a 6 蒙脱土纳米复合材料的制备 2 2 2 1 p e t p 夫6 蒙脱土纳米复合材料的制备 材料的制备采取一步共混和两步共混的方法： i 一步共混法： 将p a 6 与p e t 在1 2 0 真空烘干4 8 小时，d k 2 在普通烘箱8 0 烘6 小时。将一定量的d k 2 分别与p a 6 和p e t 搅拌均匀后，投入到t s s j 一2 5 4 0 同向旋转双螺杆挤出机共混造粒，螺杆9 = 4 0 m m ，转速1 3 0 印m m 函，螺 杆各区温度为2 7 0 2 8 5 。各试样的配比如表2 一l 表2 1 一步法制备的p e t p ! a 6 a 心疆t 纳米复合材料的组成 t a b l e2 一lt h ec o m p o s i t i o no fp e 删p a 6 m m tn 觚o c o m p o s i t e sm a d eb yo 舱一s t e pm e l t i 1 1 t e r c a l a t i o n i i 二步共混法：先将p a 6 ，m m t 按比例在双螺杆挤出机中制成p a 6 小i m t 的 母粒，再添加不同比例的p e t 在双螺杆挤出机二次共混。制得试样如表2 - 2 ： 第二章p e 酬p a 6 栅纳米复合材料的制备与表征 表2 2 二步法制备的p e 彻p a 6 ， 似t 纳米复合材料的组成 t a b l e2 - 21 1 h ec 咖p o s i t i o no fp e 酬p a 6 仃n a l l o c o m p o s 溉sm a d eb y 伽。一s t e pm e l t i 1 1 t e r c a l a t i o n 2 2 2 2p e t p a 6 洲t e 一4 4 纳米复合材料的制备 将p a 6 与p e t 在1 2 0 真空烘干4 8 小时，d k 2 在普通烘箱8 0 烘6 小时，e 4 4 在1 2 0 真空干燥5 小时。将一定量的d k 2 分别与p a 6 和p e t 搅拌均匀，用邻苯二甲酸二辛酯( d o p ) 稀释e 4 4 ，再与上述混合物混合 均匀后，投入到t s s j 2 5 4 0 同向旋转双螺杆挤出机共混造粒，螺杆各区温 度为2 7 0 2 8 5 。各试样的配比如表2 3 表2 3p e 酬p a 6 愿n 仃e 4 4 纳米复合材料的组成 t h b l e2 - 3t h ec o m p o s i t i o no fp e t i ) a 6 巾删t e - 4 4n a l n o c o m p o s i t e s 2 2 3 广角x 一射线衍射( x r d ) 测定 采用日本鼬g a k u 公司产d 撇r b 型广角x 射线衍射仪，将有机蒙 脱土的粉末状样品直接粘在样品架上测试，双螺杆挤出的条状样品磨成粉 末。旋转样品架调整2e 扫描，得到x 射线衍射曲线。主要测试条件：c u 靶，n i 滤光片，k 。线，管电压4 0 k v ，管电流4 0 m a ，扫描速度6 。m i n ， 范围1 。2 0 。，步长为o 0 5 。 第二章p e 硎p a 6 小n 仃纳米复合材料的制备与表征 2 2 4 扫描电镜( s 酬) 观察 采用了日本j e o l 电子株式会社生产的j s m 5 6 0 0 l 、，扫描电子显微镜。将 所制得的共混样品在放入真空干燥箱9 0 抽真空干燥2 4 小时，样品在液氮 中淬冷折断，在扫描电子显微镜下对其截面形态进行观察。 2 2 5 特性粘度测定 分别采用一点法和外推法。纯p e t 和p e t 伦心盯采用一点法， p e t p a 6 小伽t 采用外推法。 将试样溶于重量比为1 ：l 的苯酚一四氯乙烷混合溶剂中，用乌氏粘度 计在2 5 恒温水浴中测定，巾= o 7 0 8 。 一点法可由如下公式中计算得到特性粘度 n ： 州= 掣 ( 2 - 1 ) 2 3 、结果与讨论 2 3 1 蒙脱土插层情况 蒙脱土晶粒由厚度为l i 吼的硅酸盐片层堆积而成的多层周期性有序结 构。天然蒙脱土的层间距一般为0 9 弛1 眦，进行有机化处理后，其层间 距会胀大。蒙脱土晶粒的多层周期性有序结构可以用广角