纳米蒙脱土母料对PA6力学性能的影响.

1、纳米蒙脱土母料对PA6力学性能的影响聚酰胺6（PA6是工程塑料中开发最早的品种，目前在聚酰胺类产品中产量最 大。与其他工程塑料相比,PA6具有力学强度高韧性好,电气性能良好，耐磨性、耐疲 劳性、抗震性、耐油性好等优点，但也存在耐强酸强碱性差，干态和低温冲击强度低, 吸水率大,尺寸稳定性差，容易燃烧，热变形温度低等缺点。纳米材料具有体积效应、 表面效应和宏观量子隧道效应，对塑料的改性效果非常显著。纳米蒙脱土（MMT在 塑料中的应用，已取得较好的效果。但是，纳米材料大多是超细粉体材料且在高分子 材料中的用量较少，很难均匀地加入到高分子材料中，而母料的应用是解决这一问题 的有效方法。使用纳米母料可以

2、简化生产工艺过程,提高生产效率及制品性能。本 实验将纳米MMT制备成母料,加入到PA6中对其进行改性。1实验部分1原料PA6,工业品、无锡长安高分子材料有限公司；纳米MMT,工业品，浙江丰虹黏土化工有限公司；聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA,CM-207,奇美实业股份有限公司；乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA, 14-2,北京有机化工厂；高密度聚乙烯（HDPE,7000S,扬子石化股份有限公司；低密度聚乙烯（LDPE J5019,曰本宇部兴产株式会社；十六烷基三甲基漠化胺（CTAB,工业品，金坛西南化工研究所。1.2仪器与设备双辗筒炼塑机.SK-160B,上海橡胶机械厂;电热密闭干燥箱,150、上海市第

3、二五金厂;双螺杆挤出机,TE-34,南京化工机械研究所；注塑机,WG-80,无锡格蓝机械有限公司；电子万能试验机,CM75503,深圳市新三思实验设备有限公司；实验室用胶体磨丄50,上海诺尼轻工机械有限公司；悬臂梁冲击实验机JZODUJ-4,中国承德实验机厂。1.3制备母料的工艺路线要使纳米MMT在塑料改性中取得理想的效果，必须对其进行有机化处理，使其 表面由亲水性变为憎水性再通过适当的工艺制成母料。1.4用KH560对纳米MMT有机化处理在500ml工业酒精中加入3ml的KH560,混合，再加150g纳米MMT,混合，静置 24h后制浆。1.5用甲基丙烯酸甲酯（MMA对纳米MMT有机化处理M

4、MA的预处理:先将50ml 10% NaOH溶液加入到100ml的MMA中，振荡，混合 5min,将MMA中阻聚剂除去;用分液漏斗将NaOH溶液和MMA两种液体分离;在 100ml的MMA中放入大约5g的CaC12,混合5min,将MMA中的微量水分除去备 用。用两种不同的方法对纳米MMT进行有机化处理：其一，将MMA和引发剂过氧化二苯甲酰（BPO溶解在1,2-二氯乙烷（DCE溶剂 中进行溶液聚合，将这种聚合液和一定量的纳米MMT混合,制浆。其二将MMA和BPO先进行本体聚合.再将这种预聚体溶解在DCE中进行溶 液聚合，这种方法制得的聚合液中的PMMA的相对分子质量较高然后将聚合液和 一定量的

5、纳米MMT混合,制浆。1.6用CTAB对纳米MMT有机化处理量取750ml的蒸镭水,再称量7.5g的CTAB,倒入圆底烧瓶中加蒸镭水均匀混合 5min.再称量75g的MMT,倒入该烧瓶中，浸泡72h以上;并经常摇动。1.7测试标准拉伸性能测试按照GBT1040-1992进行，拉伸速率为20mm/min,测试温度为 25C;冲击性能测试按照GB843-1996进行。2结果与讨论2母料载体树脂对复合材料冲击强度的影响用HDPE、LDPE、改性HDPE（用过氧化二异丙苯和顺丁烯二酸酊改性、 EVA、PMMA五种不同的载体树脂制成纳米MMT母料,PA6/母料=90/10,混合后注 塑成样条编导为OD1

6、、OA1、OF1、OC1和OG1,测得冲击强度数据见图1（略。HDPE与LDPE均是非极性聚合物，而PA6是极性聚合物，其相容性比较差，因此 复合材料OD1的冲击强度较低;又由于LDPE的流动性比较好，使得纳米MMT分散 比较均匀，所以相比较HDPE而言,OA1的冲击强度又相对高一些。改性后的HDPE 属于极性聚合物，与PA6的相容性好。从图1可以看出用改性HDPE作为母料载体, 其复合材料OF1的冲击强度有了一定的提高。在EVA分子链的侧基上含有酯基，与 PA6中的酰胺基团有很好的相容性,所以复合材料OC1的冲击强度有明显提高同 样,PMMA分子链中也有酯基所以与PA6中的酰胺基团也有很好的

7、相容性，复合材料OG1 冲击强度也有一定提高。冲击强度提高的原因是PA6复合材料的结晶度提高所 致。纳米MMT的加入可明显提高PA6的基体结晶速率。纳米MMT在PA6结晶 过程中起到了异相成核作用。2.2有机化处理方式对复合材料冲击强度的影响用偶联剂KH560、MMA以及CTAB对纳米MMT进行有机化处理，用LDPE 作为载体树月旨制成母料，再用这些母料与PA6制成复合材料，编号为A9、OC2、OF2; 将未作表面处理的纳米MMT所制得的母料制成的PA6复合材料编号为B2,其Izod 冲击强度数据见图2（略。经有机化处理的纳米MMT,其内部纳米级微粒的凝聚程度小,分散比较均匀，从 而使得其复合

8、材料冲击强度比纯PA6有所増大。而未经过有机化处理的纳米MMT. 其内部的纳米级微粒有很多凝聚在一起，分散程度不好,使得其复合材料冲击强度相 对于纯PA6有所下降。2.3分散程度对复合材料冲击强度的影响纳米级微粒容易凝聚在一起产生团聚体，会使得复合材料的冲击强度有所下降： 而采用胶体磨后，可以使这些团聚体的颗粒粒径达到微米级或准纳米级，纳米颗粒的 分散比没有用胶体磨时均匀得多，从而使复合材料冲击强度得到提高。实验数据见 表1 O表1采用胶体磨前后PA6复合材料Izod冲击强度的数据kJ/m2 Tab.l Data of Izod impact strength of PA6 composite

9、 before and after2用胶体磨（OAl）纯FA6未用胶体磨（B2）7. 9765. 7055.410之比,随其粒径的变小而急剧增大，表面原子的晶体场环境和结合能与内部原子 不同，具有很大的化学活性。晶体场的微粒化、活性表面原子的増多使其表面能大 大増加因而可以和PA6基材紧密结合，相容性比较好。当受外力时，粒子不易与基材 脱离能较好地传递所承受的外应力。同时在应力场的相互作用下，材料内部会产生 更多的微裂纹和塑性变形，能引发基材屈服，消耗大量冲击能,从而达到同时增强、增 韧的目的。2.4母料载体树脂对复合材料拉伸强度的影响编号分别为OD1、OA1、OF1、OC1和OG1的试样测得

10、的拉伸强度的结果见 图3（略。用LDPE作为载体的母料（OA1,PA6复合材料拉伸强度比较高。其原因是 该LDPE流动性能比较好（MFR为50g/10mino载体树脂本身强度的高低对PA6复 合材料的强度也有很大影响。LDPE和EVA的拉伸强度分别为:&78MPa和 8.45MPa，S伸强度相当低，按照共混理论,PA6复合材料的力学强度要下降到约 50MPa。然而，由于加入了纳米MMT.测得的数据为62.0MPa,说明纳米MMT的加 入可以提高PA6复合材料的拉伸强度。尽管EVA本身强度很低，但因其与PA6有 很好的相容性，因此，PA6复合材料的拉伸强度基本能够保持。对于HDPE,由于其熔 体

11、黏度比较高因此使得纳米材料在PA6中的分散程度比较低，并且HDPE与PA6的相容性较差，所以拉伸强度下降很 大。而经过改性之后的HDPE与PA6相容性得到了改善，所以拉伸强度下降得少一 些。OG1拉伸强度较高的原因是:PMMA的拉伸强度已达到53.92MPa（实测值，接近PA6, 并且PMMA是极性聚合物，与PA6相容性好，有利于纳米材料的分散。2.5纳米MMT有机化处理方法对拉伸性能的影响编号分别为A9、B2、OC2的试样测得的拉伸强度的结果如表4所示，纳米 MMT没有经过有机化处理.直接加到PA6中去,几乎没有増强效果;而用KH560处理 过的纳米MMT母料可以使复合材料的拉伸强度提高20

12、%o拉伸强度提高的原因是 偶联剂起了重要作用。纳米粒子经过偶联剂表面改性处理后由亲水性转为亲油性， 通过化学反应或通过分子链相互缠绕使填料与基材(PA6之间的黏接强度大大提 咼。2.6分散程度对PA6复合材料拉伸强度的影响由于纳米级微粒窖易凝聚在之起产生团聚体这会使得PA6的冲击强度有所下 阻而采用胶体磨后,会使得这些团聚体有所分散从而提高复合材料拉伸强度。实验 数据如表2所示。表2采用胶体磨前后PA6复合材料拉伸强度数据MPaTab.2 Data of tensile strength of PA6 composite用胶体磨(0A1)纯PA6未用胶体磨(B2)62. 0055. 0656. 57胶体磨后，纳米粒子分散比较均匀使得复合材料的拉伸强度有所提高。3结