论文摘要
原位成纤作为一种重要的提高聚合物复合材料力学性能的方法而受到广泛关注。而通过剪切力场诱导聚合物分子链取向，也是提高复合材料体系力学性能的重要方法之一。在本论文的工作中，通过挤出—热拉伸—淬冷获得原位成纤复合材料，然后在注塑成型过程中引入外加剪切力场，使微纤在基体中取向，将微纤增强与纤维取向的增强作用结合在一起，从而进一步提高体系的各项性能。基于以上的思路，采用特殊的成型加工方法控制复合体系的形态，以达到获得预期的材料性能的目的，引入动态保压注射装置，当熔体注射进入型腔后，两端的活塞推动熔体在其中往复运动，直至熔体从表面到内部完全冷却固化为止，研究了在加工中引入剪切作用后，聚丙烯／尼龙6纤维复合体系中纤维的分散、取向，纤维与基体结合情况的变化以及碳纳米管的加入对聚丙烯／尼龙6原位微纤共混体系力学性能及电学性能的影响。扫描电子显微镜、二维广角X射线衍射、红外光谱分析以及力学性能测试用于表征体系的形态结构与性能。本论文的主要结论有：(1)在聚丙烯／尼龙6体系中，随着尼龙6含量的增加，纤维增强的效果先增加而后降低。当尼龙6含量大约为20％的时候，体系表现出最好的力学性能。同时，随尼龙6含量的变化，尼龙6成纤的形态也随之变化。而只有当尼龙6含量在20％到30％的时候，体系当中的尼龙6纤维在聚丙烯基体中才表现出较好的形态以及分散。在注塑成型样品的不同区域，纤维的形态也不尽相同。从皮层到芯层，体系中的尼龙6纤维逐渐变细，纤维的取向也逐渐变差。尼龙6纤维的存在还限制了聚丙烯分子链的取向，尤其当尼龙6含量达到30％的时候，聚丙烯几乎呈无规排列。综合尼龙6纤维的形态以及聚丙烯分子链的取向，当尼龙6含量达到20％的时候，聚丙烯／尼龙6原位复合体系的力学性能达到最优。(2)研究了碳纳米管的加入对聚丙烯／尼龙6体系力学及电学性能的影响。碳纳米管的加入对体系静态样品拉伸强度的影响不大，而通过剪切力场与碳纳米管两者共同作用，聚丙烯以及尼龙6纤维两者的同时取向，动态样品较静态样品拉伸强度有显著提高，并且其拉伸强度随碳纳米管含量增加，表现为先增加而后又有所降低，这是因为碳纳米管含量太高导致团聚，使增强纤维变脆，因而降低体系的拉伸强度。剪切诱导取向的聚丙烯对体系的冲击强度起决定作用，而体系中的碳纳米管对复合材料冲击强度的影响不大。在剪切力场的作用下碳纳米管暴露在纤维表面，同时剪切力场还导致体系中尼龙6取向排列更加规整，形成纤维的互穿网络结构，从而使体系的导电性能大幅度提高。