PAA添加量对PVCPAA复合材料的影响-毕业论文

毕业论文PAA添加量对PVC/PAA复合材料的影响太原工业学院毕业论文W—缺口样条吸收并修正后的冲击能量J；h—试样厚度mm；bN——缺口试样缺口处剩余宽度mm。2.4.2拉力实验测试（1）制备样条长约150mm细颈宽度10mm平行间距72mm。（2）在试样中建平行部分坐标线，示明标距G0。（3）游标卡尺、千分尺测量标线间试样的厚度和宽度，每个试样测量3点，取算术平均值。（4）调试好LT-500型拉力试验机夹好样条。夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上、下夹具中心连线重合，且松紧要适宜。防止试样滑脱或断在夹具内。（5）试样断裂在中间平行部分之外时，此实验作废，应另取试样补做。（6）开动机器。（7）记录数据。2.4.3热重实验热重分析步骤（1）称量5-10mg左右试样，记录实际重量，标定后序号，放置坩埚中。（2）启动热重分析仪，点击采集试样，设置试样名称PVC/PAA，试样序号，试样重量，实验员姓名，添加升温速率10℃/min，最高温度700℃，保温时间10min，确定后开始采集。（3）热重分析调试大约15min，当实验结束后保存图样，取出坩埚，通入冷却水，开始冷却，至到60℃以下，重复以上步骤，获得其他试样分解时图样。2.4.4扫描电镜原理：电子枪（场发射枪）发射一束电子，这就是电子源，其最少截面的直径对场发射枪而言大约为10～20nm，这个小束斑经3和5两级聚光镜进一步缩小几百倍，最后再经物镜缩小并聚焦在样品面上，这时束斑直径最小可到3～6nm（约小于扫描电镜的分辨本领），电子束打在样品上，就产生各种信号。二次电子和背散射电子信号是最常用的两种信号，尤其是二次电子。信号由接收器取出，经光电倍增器和电子放大器放大后，作为视频信号去调制高分辨显示器的亮度，因此显示器上这一点的亮度与电子束打在样品上那一点的二次电子发射强度相对应。由于样品上各点形貌等各异，其二次电子发射强度不同，因此显示器屏上对应的点的亮度也不同。用同一个扫描发生器产生帧扫和行扫信号，同时去控制显示的偏转器和镜筒中的电子束扫描偏转器，使电子束在样品表面上与显示器中电子束在荧光屏上同步进行帧扫和行扫，产生相似于电视机上的扫描光栅。这两个光栅的尺寸比就是扫描电镜的放倍数。在显示器屏幕光栅上的图像就是电子束在样品上所扫描区域的放大形貌像。图像中亮点对应于样品表面上突起部分，暗点表示凹的部分或背向接收器的阴影部分。带有一定能量的电子，经过第一、第二两个电磁透镜会聚，在经过末级透镜（物镜）聚焦，成为一束很细的电子束（称之为电子探针或一次电子）。在第二聚光镜和物镜之间有一组扫描线圈，控制电子探针在试样表面进行扫描，引起一系列的二次电子发射。这些二次电子信号被探测器依次接收，经信号放大处理系统（视频放大器）输入显像管的控制栅极上调制显像管的亮度。由于显像管的偏转线圈和镜筒中的扫描线圈的扫描电流发生器严格控制同步，所以在显像管的屏幕上就可以得到与样品表面形貌相应的图像。样品制备：在冲击样条的断面处切取约2mm大小的立方块，断面朝上用导电胶粘于样品盘上，对其喷金处理。在20KV下进行成像。2.4.5偏光显微镜（1）原理：光线通过某一物质时，如光的性质和进路不因照射方向而改变，这种物质在光学上就具有“各向同性”，又称单折射体，如普通气体、液体以及非结晶性固体；若光线通过另一物质时，光的速度、折射率、吸收性和光皮的振动性、振幅等因照射方向而有不同，这种物质在光学上则具有“各向异性”，又称双折射体，如晶体、纤维等。（2）样品制备：在制好的PVC/PAA板材上切小一下薄片放于载玻片上烘烤，融化后挤压成很薄的片状物备用。将片材置于显微镜下调整倍数25×10进行观察拍摄。2.4.6红外光谱（1）原理：利用物质对红外光波的吸收不同进行定性及定量的分析，不同的物质具有不同的化学键，其吸收波长不同，而对光波吸收的多少与物质的量成正比，因此可以用来定量定性分析。（2）样品制备：在制好的PVC/PI板材上切小一下薄片放于载玻片上烘烤，融化后挤压成很薄的片状物备用。（3）开启机器进行实验并进行数据记录。2.4.7垂直燃烧（1）实验原理：通过垂直的夹住试样一端，对试样自由端施加规定的气体火焰，通过测量有焰燃烧时间来评价试样的燃烧性能。（2）制备：将试样切割成长（1255）mm，宽（130.3）mm，厚（3.00.2）mm的样品。（3）将试样底端紧挨气体火焰外焰，待板材样品有明显火焰后，加大样品底部与外焰高度1cm并计时，至样品熄灭，观察样品上火焰燃烧时间。（4）判断标准垂直法按点燃后燃烧行为，材料性能分为FV-0，FV-1、FV-2等三级（符号FV表示垂直燃烧）详见表2.5。表2.5垂直法燃烧评定材料燃烧性的级别与表示Table2.5levelofverticalcombustionevaluationmaterialcombustibilityandsaid判据级别FV-0FV-1FV-2X每根试样的有焰燃烧时间对于任何状态调节条件，每组五根试样有焰燃烧时间总和每根试样第二次施焰后有焰加上无焰燃烧时间每根试样有焰或无焰燃烧蔓延到夹具现象无无无有滴落物引燃脱脂棉现象无无有有或无注：X表示该材料不能用垂直法分级，而应采用水平法对其燃烧性能分级3结果与讨论3.1复合材料的力学性能分析（1）冲击性能图3.1.1PAA添加量对PVC/PAA复合材料的冲击性能的影响Figure3.1.1PAAaddingamountofPVC/PAAcompositeimpactperformance由图3.1.1得出在同一分子量下随着添加量的增加，PVC/PAA复合材料的冲击强度有所增加。并且复合材料比纯PVC的冲击强度高。冲击强度是衡量材料韧性的一种指标，通常定义为试样在冲击载荷W的作用下折断或折裂时单位截面积所吸收的能量。随着添加量的增加，一方面分子链之间产生氢键的数目增加，增加复合材料的大分子链之间的联系，聚酰胺酸易与-Cl反应，减小材料极性。另一方面，由于少量聚酰胺酸转化为聚酰亚胺，聚酰亚胺的刚性离子的补强，当复合材料受到应力时，产生银纹并吸收能量。从而提高材料的冲击性能。由冲击断面扫描电镜见图3.1.2可以看出：2%添加量3%添加量图3.1.2不同PAA添加量下PVC/PAA复合材料冲击断面扫描电镜Figure3.1.2effectofadditionofPAAPVC/PAAcompositeunderimpactfracturesurfaceSEM在同一粘度下的PAA添加量越多，PAA的分散越均匀，冲击断面越粗糙，越不平整，韧性越好，冲击强度越高。（2）拉伸性能图3.1.3PAA添加量对拉伸强度的影响Figure3.1.3theeffectoftensilestrengthwithadditionofPAA由上图可以看到，随着PAA添加量的增加，复合材料的拉伸强度随之增加。PVC大分子在塑化过程中在高温和较大的剪切力的作用下会脱除氯化氢，使得材料的极性减小，使得材料的拉伸强度减小，PVC材料中加入PAA以后，添加了PAA后，PAA和PVC大分子形成了氢键(图3.3.3)，增加了PVC的稳定性，PVC上脱除的氯化氢的数量减少，极性增大，使得PVC的拉伸强度增大。随着PVC的添加量的增大，PVC大分子的极性越大，因此拉伸强度随着PAA的添加量增加而变大。图3.1.4PAA添加量对断裂伸长率的影响Figure3.1.4theeffectofelongationatbreakwithadditionofPAA由图3.1.4可以看到，随PAA的增加复合材料断裂伸长率随之增加。在屈服点以前，随着PAA添加量的增加，首先由于氢键的形成（图3.3.3），增加了分子链之间的作用并使得分子间的承受能力增大，对应伸长率增加。屈服点以后，由于PAA分子链的柔性，当受到外力作用时，PAA大分子链的伸展，从而提供了材料的大形变。故断裂伸长率在一定程度上增加。图3.1.5PAA的添加量对弹性模量的影响Figure3.1.5theeffectofelasticitymodulewithadditionofPAA由图3.1.5可以看到随着添加量的增加，弹性模量会先增加后逐渐降低。但下降的幅度不大。从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。从图中可以看出，添加量0.5%时，弹性模量最大。之后，随着PAA量的增加，会形成聚酰胺酸和聚酰亚胺的共聚物，且形成大量的氢键（图3.3.3），氢键的键能弱于其它的共价键、离子键、金属键。虽然在复合材料中引入了刚性结构，但分子之间的作用力存在弱的键能，使复合材料抵抗变形能力减弱，弹性模量随之减小。又由于刚性结构的引入，使得弹性模量下降的幅度不是特别大[7]。3.2复合材料的热稳定性能的数据及分析3.2.1热重实验分析图3.2.1不同PAA添加量的PVC/PAA复合材料的热分解图Figure3.2.1thePVC/PAAcompositethermaldecompositiondiagramwithdifferentadditionofPAAPVC的热稳定性较差，第一步失重阶段是脱HCl，发生在200~300℃，脱HCl后分子内形成共轭双键，热稳定性提高（曲线下降缓慢），直至较高温度约420℃时大分子链断裂，形成第二次失重。不同PAA添加量的复合材料失重5%、10%对应的温度见表3.2.1，最终残余量比率情况见表3.2.2。表3.2.1PVC/PAA复合材料的失重情况Table3.2.1theweightlessnessofPVC/PAAcompositematerial添加量失重5%时分解温度失重10%时分解温度纯PVC220.2℃249.9℃0.5%261.6℃269.2℃1%262℃270.5℃1.5%258.2℃271℃2%262.9℃273.4℃2.5%264℃273.8℃3%265℃274℃3.5%266.5℃280℃表3.2.2PVC/PAA复合材料的残余量比率Table3.2.2theresidualrateofPVC/PAAcompositematerial添加量残余量比率(%)0%0.190.5%2.571%3.061.5%3.672%4.522.5%5.383%6.413.5%7.33加入PAA以后，由于分子间氢键数目增加，增加了大分子链间的联系，使得氯化氢难以脱除，而且在第一阶段失重完全后添加PAA的PVC残余率也要比纯PVC要大。以及引入了较大比例环状结构，最后的残余量比率明显增加。说明加入PAA后复合材料耐热性能优于未加酸的复合材料的耐热性能。3.2.2垂直燃烧测试分析不同PAA添加量的复合材料的垂直燃烧实验。表3.2.3PVC/PAA复合材料的有焰燃烧Table3.2.3thecombustionwithflameofPVC/PAAcompositematerial添加量有焰燃烧时间(s)0%30.5%2.61%2.61.5%2.32%2.22.5%23%23.5%1.6通过对不同PAA添加量的燃烧时间对比，可以看到有焰燃烧时间越来越短，虽然聚酰胺酸中的-H和-Cl脱出HCl气体。但是由于聚酰胺酸以及聚酰亚胺的存在，使得材料内部聚集态分解温度升高。都达到了FV-0级别（见表2.5）。这说明了PAA可以提高PVC的阻燃性能。PVC本身就是一种难燃材料，添加了PAA后PVC的阻燃是能更好。3.3复合材料聚集态结构及反应的分析3.3.1偏光显微镜图的分析不同PAA添加量的复合材料的偏光实验验数据及分析见图3.3.1。从偏光显微镜照片可以看到在单位面积有数量不等并且出现双折射的有序结构。其中没有添加PAA复合材料的照片几乎没有出现双折射的有序结构，其它添加了PAA的都出现了明显的规则有序结构，而且随着添加量的增加PVC中有序结构含量也增多。PVC是一种无定型材料，添加PAA后的复合材料PVC出现了有序结构，这说明了加入PAA后改变了基体材料PVC的聚集态结构，诱导大分子有序结构的生成，从而导致复合材料的力学有较大的改善。1%1.5%2%纯PVC图3.3.1PVC/PAA复合材料的偏光照片Figure3.3.1thepolarizedlightphotosofPVC/PAAcomposite3.3.2红外光谱图的分析通过图3.3.2（见下图）和图3.3.3（见下图）存在2900cm-1的吸收峰，并且随着PAA添加量增加，谱带有变宽趋势。是由于氢键数目的增加，使C-H的伸缩振动吸收频率下降引起的。样品在波数为1726cm-1左右都一个明显的吸收峰，而且随着添加量的增加吸收峰位置向低波数方向移动，而且吸收率变大。这说明PVC上的氢原子和PAA上的碳原子在塑炼过程中就形成了氢键。这种氢键的形成可以提高PVC的热稳定性，使得PVC在塑炼过程中减少氯化氢的脱除，在未塑化均匀前，可延长PVC材料的可加工时间，防止过炼。图3.3.2塑炼均匀后，复合材料的红外图谱Figure3.3.2Infraredspectraofthecompositematerialafterplasticatingcompletely图3.3.3压制成型后，复合材料的红外光谱图Figure3.3.3Infraredspectraofthecompositematerialaftersuppressionofmolding图3.3.4PAA添加量0.5%的前后对比Figure3.3.4thebeforeandaftercontrastwithAddtheamountof0.5%图3.3.5PAA添加量3%的前后对比Figure3.3.5thebeforeandaftercontrastwithAddtheamountof3%由图3.3.4和图3.3.5可以看到没有(—NH—)的吸收峰，说明聚酰胺酸已经发生反应。可以看出压板后的样品在波数1730cm-1和1377cm-1处的出峰位置比在压板前的出峰位置的波数要小。这主要是因为在高压的条件下PVC和PAA大分子间的距离变得更小，大分子间的相互作用更突出，形成了更多的氢键，PVC大分子上的电子云密度进一步降低[7]。4结论通过对PVC/PAA复合材料的课题的研究，对复合材料进行了全面的性能测试，其中包括对复合材料力学性能测试、热性能测试、阻燃性能测试、微观结构进行观察，也已大量的实验记录结果为依据，此研究得到以下结论：（1）添加PAA后，PVC大分子上的氢原子和PAA大分子上的氧原子形成了氢键。（2）加入PAA后，PVC有序结构部分的含量增多，有序结构部分的含量随PAA添加量增大也增加。（3）通过TGA曲线的分析，PAA添加量增加PVC/PAA复合材料的失重5%和10%时的分解温度增高，700℃以后残余率也增加。热稳定性能增加。（4）随着PAA含量的增加，PVC/PAA复合材料的冲击强度、拉伸强度以及断裂伸长率都上升，但弹性模量下降。参考文献[1]沈忠林,崔杰,王平华.PVC／CaCO3纳米复合材料结构与性能的研究[J].塑料工业,2005(6):35-37.[2]周丽玲,蔺玉胜,杨静漪,等.CPE增韧硬质聚氯乙烯的结构形态和增韧机理[J]，中国塑料,2002,16(11):36-38.[3]张占文,王朝阳,钟发春,等.聚酰胺酸合成工艺研究[J].中国工程物理研究院激光聚变研究中心,2002,14（2）;261-264.[4]翟燕，顾宜.PMDA-ODA型聚酰亚胺制备工艺与聚集态结构的研究进展[J].高分子材料科学与工程,2007,23(2):28-32.[5]丁孟贤,何天白编聚酰亚胺新型材料.北京:科学出版社,1998.[6]塑料成型工艺学/黄锐主编.-2版.-北京;中国轻工业出版社,2009.2.[7]杨万泰.聚合物材料表征与测试[J].中国轻工业出版社,2008.1.[8]赵小玲,张剑,杨辉等.PVC树脂耐热改性最新研究进展西北大学化学工程,710072.[9]赵石林,秦传香,张宏波,等.聚酰胺酸还行环氧胶粘剂的研究.南京化工,高分子系210009.[10]张占文,钟发春,等.聚酰胺酸合成工艺研究.中国工程物理研究院,621900.[11]ScolaDA.MaterialsSciencefortheFuture:31stInternationalSAMPESymposiumandExhibition;LosAngeles,California,USA,7-10Apr.1844~1855.[12]张欣钊,古菊,罗远芳等．纳米碳酸钙复合制备高强高韧PVC材料的研究[J].新型建筑材料,2005,(10):40-43．[13]万超瑛,张勇,张隐西.聚氯乙烯/蒙脱土复合材料的结构与性能[J].中国塑料,2003,17(11):39-43．[14]郑玉婴,王灿耀,傅明连.硬聚氯乙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备与性能[J].高分子材料科学与工程,2005,2l(5):293-295．[15]郑玉婴,彭超.PVC-U/蒙脱土纳米复合管材的研制[J].工程塑料应用,2004，32(1):38-40．[16]L.Liu,L.Q.Zhang,S.H.Zhao,R.G.Jin,M.L.Liu,RareEarths2002,20,241.[17]秦志敬.耐高温聚酰亚胺树脂的发展[J]+材料工程,1994,39(4):5-8．[18]王磊．煤矸石一聚氯乙烯复合塑料研究初探[J]．环境科学，1989，8(3)：53-54．[19]王连才,郭宝华,曾心苗,等．聚酰亚胺泡沫塑料制备与性能研究[J].工程塑料应用,2008,36(3):6-8．[20]益小苏,许亚洪,程群峰等．航空树脂基复合材料的高韧性化研究进展．科技导报，2008,26(6):84-92.[21]HuangLi,XuDing-Yu,ChengHong-Yuan.Studyonthepropertyofpolyimi-decomposites[J].JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology,1999，26(4)：27-29．[22]王彦,史国芳.聚酰亚胺的发展及应用[J].航空材料学报,1994,14(1):56-62．[23]高分子材料流变学/吴启华.-北京:高等教育出版社,2002.10.[24]王晓东,黄培,时钧.一种新的均苯型聚酰亚胺成型工艺[J].南京工业大学学报(自然科学版),2003,25(5):9-12．[25]聚合物复合材料/黄丽主编.--北京:中国轻工业出版社出版,2006.6.[26]Polymermaterialcharacterizationandtesting/YangWan-Taieditor.Beijing:Chinalightindustrypress,2010.7[27]汪忠清,镇红云,陆金贵等.改性碳酸钙在聚氯乙烯中的应用研究[J],塑料科技,2003,(I):40-42．[28]塑料原料与助剂/宋卓颐等编著.-北京:科学技术文献出版社,2008.3.[29]JiaJun-Hong,ZhouHui-Di,GaoSheng-Qiang,eta1.Thetribologiealbehaviorofcarbonfiberreinforcedpolyimidecompositesunderwaterlubricationl,[J].Tribology，2002,22(4):273-276．致谢本论文的完成是在我们翟燕老师的细心指导下进行的。在每次论文遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行，从论文的选题到资料的搜集直至最后论文的修改和整个实验的过程中，花费了翟老师很多的宝贵时间和精力，在此向翟老师表示衷心地感谢！导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使我受益匪浅！在此期间实验过程中，实验室李东红老师在实验仪器操作使用上也给予了我很大的指导和帮助，在此向她表示诚挚的感谢，同时还要感谢和我同一实验小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我实验上的误区，使我能及时的发现问题把实验顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意！基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与