液晶聚合物及其复合材料结构性能研究

论文摘要

本文以商品化的液晶聚合物(LCP)为原料,分别制备了聚丙烯/液晶(PP/LCP)二元复合材料、马来酸酐(MAH)增容PP/LCP复合材料以及尼龙/液晶(PA/LCP)二元复合材料。通过对复合材料进行加工流动性能、机械和耐热性能测试,以及差示扫描量热分析(DSC)、分层进行扫描电镜(SEM)观察来研究液晶聚合物对通用塑料聚丙烯(PP)和工程塑料尼龙(PA)的改性作用,探索液晶聚合物对PP、PA基体结构形态的梯度演变规律。研究发现,液晶聚合物是一种高强、超韧的材料,具有很大的拉伸强度和冲击强度。液晶材料的拉伸性能受注塑温度与压力的影响不大,但冲击强度受注塑温度与压力的影响较大,尤其是温度的变化,实验测得其最适宜加工温度是290℃。对于PP/LCP复合材料,液晶的加入明显提高了PP/LCP复合材料的流动性能,流动性能优于两者的纯组分。添加液晶对PP起到了增强和增韧的作用。当液晶含量为10份时,对聚丙烯的增强增韧作用最大,拉伸强度比纯聚丙烯提高4.7%,冲击强度比纯聚丙烯提高20%。液晶的加入提高了聚丙烯的耐热温度和熔融温度,液晶含量为15份时,分别提高了5℃和3℃,但是却降低了聚丙烯的结晶度,由38.33%降至31.67%。加入MAH相容剂以后,液晶对聚丙烯的增强增韧作用得到了明显的提高,相容剂含量为3份时,PP/LCP/MAH复合材料的拉伸强度比纯聚丙烯提高23.8%,冲击强度比纯聚丙烯提高49%;耐热温度提高了6℃;熔融温度提高了2.5℃,结晶度由同配比未增容的31.67%提高至35.12%。对于PA/LCP复合材料,液晶的加入使复合材料的流动性能得以明显改善,熔体流动指数(MFR)最大提高了122%。少量的液晶(含量低于25%)对尼龙具有增强作用,拉伸强度最大提高了14.2%,大量的液晶(含量高于于25%时)对尼龙有着增韧的作用。此外,液晶的加入降低了尼龙的耐热温度和熔融温度,液晶含量为20%时分别降低了13℃和3℃,少量的液晶(10%以内)有利于提高尼龙的结晶度,液晶含量为5%时,结晶度由36.6%提高至39.01%。在复合材料的表层(距表面0.2mm),液晶随着其含量的增加而逐渐形成棒状或片状的结构并有轻微的取向;在复合材料的剪切层(距表面1mm),液晶呈微纤状分布并取向;在复合材料的芯层(距表面1.8mm),液晶呈颗粒状分布并无取向。相容剂的加入有利于提高液晶在剪切层的成纤性能,使微纤数目增多。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 相关文献综述
• 1.2.1 热致液晶高分子复合材料的原位成纤增强机理
• 1.2.1.1 热致液晶高分子的原位成纤机理
• 1.2.1.2 热致液晶高分子的原位增强机理
• 1.2.2 影响液晶高分子原位成纤的因素
• 1.2.3 热致液晶高分子/热塑性塑料二元复合体系
• 1.2.4 热致液晶高分子/热塑性塑料增容二元复合体系
• 1.2.4.1 热致液晶高分子/热塑性塑料的反应性增容复合体系
• 1.2.4.2 热致液晶高分子/热塑性塑料的非反应性增容复合体系
• 1.2.5 热致液晶高分子/热塑性塑料/其他热塑性塑料三元复合体系
• 1.3 研究目标、拟解决的关键问题和研究方法
• 1.4 论文结构安排
• 2 液晶聚合物的结构性能研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.1.3 试样的制备
• 2.1.4 性能测试
• 2.1.4.1 拉伸性能
• 2.1.4.2 冲击性能
• 2.1.4.3 耐热性能
• 2.1.5 结构形态表征
• 2.1.5.1 差示扫描量热（DSC）
• 2.1.5.2 扫描电镜（SEM）
• 2.2 液晶聚合物的性能测试结果与分析
• 2.2.1 拉伸性能
• 2.2.2 冲击性能
• 2.2.3 耐热性能
• 2.3 液晶聚合物的结构形态分析
• 2.3.1 DSC
• 2.3.2 SEM
• 2.4 本章小结
• 3 聚丙烯/液晶二元复合材料的制备及其结构性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验设备
• 3.1.3 复合材料的制备
• 3.1.3.1 制备工艺的确定
• 3.1.3.2 试样的制备
• 3.1.4 性能测试
• 3.1.4.1 流动性能
• 3.1.4.2 拉伸性能
• 3.1.4.3 冲击性能
• 3.1.4.4 耐热性能
• 3.1.5 结构形态表征
• 3.1.5.1 差示扫描量热（DSC）
• 3.1.5.2 扫描电镜（SEM）
• 3.2 聚丙烯/液晶二元复合材料的性能研究
• 3.2.1 流动性能
• 3.2.2 拉伸性能
• 3.2.3 冲击性能
• 3.2.4 耐热性能
• 3.3 聚丙烯/液晶二元复合材料的结构形态分析
• 3.3.1 DSC
• 3.3.2 SEM
• 3.3.2.1 液晶微纤分布
• 3.3.2.2 相容性
• 3.4 本章小结
• 4 聚丙烯/液晶增容复合材料的制备及其结构性能研究
• 4.1 相容剂的选择
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 复合材料的制备
• 4.2.3.1 制备工艺参数的确定
• 4.2.3.2 试样的制备
• 4.2.4 性能测试
• 4.2.4.1 流动性能
• 4.2.4.2 拉伸性能
• 4.2.4.3 冲击性能
• 4.2.4.4 耐热性能
• 4.2.5 结构形态表征
• 4.2.5.1 差示扫描量热（DSC）
• 4.2.5.2 扫描电镜（SEM）
• 4.3 聚丙烯/液晶增容复合材料的性能研究
• 4.3.1 流动性能
• 4.3.2 拉伸性能
• 4.3.3 冲击性能
• 4.3.4 耐热性能
• 4.4 聚丙烯/液晶增容复合材料的结构形态分析
• 4.4.1 DSC
• 4.4.2 SEM
• 4.4.2.1 液晶微纤分布
• 4.4.2.2 相容性
• 4.5 本章小结
• 5 尼龙/液晶二元复合材料的制备及其结构性能研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验材料
• 5.1.2 实验设备
• 5.1.3 复合材料的制备
• 5.1.3.1 制备工艺参数的确定
• 5.1.3.2 试样的制备
• 5.1.4 性能测试
• 5.1.4.1 流动性能
• 5.1.4.2 拉伸性能
• 5.1.4.3 冲击性能
• 5.1.4.4 耐热性能
• 5.1.5 结构形态表征
• 5.1.5.1 差示扫描量热（DSC）
• 5.1.5.2 扫描电镜（SEM）
• 5.2 尼龙/液晶二元复合材料的性能研究
• 5.2.1 流动性能
• 5.2.2 拉伸性能
• 5.2.3 冲击性能
• 5.2.4 耐热性能
• 5.3 尼龙/液晶二元复合材料的结构形态分析
• 5.3.1 DSC
• 5.3.2 SEM
• 5.3.2.1 液晶微纤分布
• 5.3.2.2 相容性
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 附录