TPU/PA6共混及其复合材料结构性能研究

论文摘要

PA6具有许多优异的综合性能,但PA6也存在吸水率大、制品尺寸不稳定、低温抗冲击强度差等缺点;同时,在高PV值条件下,其耐磨性较差,使得PA6在很多工程应用中受到限制。本论文采用熔融共混方法,利用TPU和玻璃纤维、绢云母制备了综合性能优异的增韧耐磨型TPU/PA6复合材料。通过DSC、WAXD、TGA、SEM、力学性能和滑动摩擦等测试手段研究了该复合材料的结构性能,并对其增韧、耐磨机理进行了探讨。主要研究结果如下:1 DSC和WAXD分析结果表明:TPU的引入使TPU/PA6共混材料中PA6结晶度下降,熔融温度降低;TPU也使PA6分子链间氢键在c轴方向排列受到抑制,PA6α2衍射峰减弱。玻璃纤维、绢云母在外加剪切应力下对填充物/TPU/PA6复合材料中PA6结晶起一定异相成核作用,熔融温度升高;与TPU /PA6不同,GF、绢云母有利于PA6分子链间氢键在c轴方向形成,导致衍射峰强度α2大于α1。2力学性能测试及SEM表明,纯PA6拉伸呈一定脆性断裂;TPU含量为8%时,TPU/PA6共混材料拉伸强度略有下降,低温（-20℃）冲击韧性提高近400%,表现为韧性断裂。一定比例的填充物/TPU/PA6复合材料低温冲击韧性仍能比纯PA6提高2-3倍。3纯PA6在高PV值下没有形成转移膜而不能抗磨;TPU/PA6由于能形成稳定转移膜,稳定摩擦系数下降明显,大大改善了其在高PV值下的耐磨性。TPU/PA6共混物加入增强型GF、绢云母后,仍能提高PA6基体材料的使用PV值。4通过SEM分析,PA6在低PV值滑动摩擦下,磨损机理为磨粒和粘着磨损。TPU/PA6材料在高PV值下以粘着为主,还存在氧化和疲劳磨损机理;GF/TPU/PA6复合材料以磨粒和疲劳剥落为主;绢云母填充TPU/PA6复合材料以磨粒、粘着磨损为主;填料粒子不同形状对聚合物摩擦磨损性能及机理影响不同。5 WAXD结果显示,纯PA6及其复合材料均以α晶型存在,但复合材料经滑动摩擦后,在摩擦热和摩擦剪切应力作用下,出现γ晶型衍射峰。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 前言
• 1.1 聚合物共混体系的相界面
• 1.2 改善聚合物组分间界面相的方法
• 1.3 PA6 的改性研究
• 1.3.1 PA6 增韧
• 1.3.2 PA6 增强
• 1.3.3 增强增韧 PA6
• 1.4 TPU 共混材料研究现状
• 1.5 PA6 及其共混材料耐磨性能研究
• 1.5.1 聚合物耐磨性能
• 1.5.2 PA6 耐磨性能研究
• 1.5.3 展望
• 1.6 本工作的目的、意义、构思及创新点
• 1.6.1 本论文目的、意义、构思
• 1.6.2 本论文研究内容
• 1.6.3 本论文创新点
• 参考文献
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料及仪器设备
• 2.1.1 本试验所用的主要原料
• 2.1.2 本试验所用的主要仪器设备
• 2.2 TPU/PA6 共混及其复合材料制备
• 2.2.1 TPU/PA6 共混材料制备
• 2.2.2 填充物/TPU/PA6 复合材料制备
• 2.3 结构和性能表征的仪器与方法
• 2.3.1 差示扫描量热法（DSC）分析
• 2.3.2 广角X 射线衍射（WAXD）分析
• 2.3.3 热重（TGA）分析
• 2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.3.5 力学性能测试
• 2.3.6 摩擦磨损性能测试
• 参考文献
• 第三章 TPU/PA6共混体系结晶与熔融行为
• 3.1 前言
• 3.2 TPU 对TPU /PA6 共混物结晶熔融行为影响
• 3.2.1 TPU 对TPU/PA6 共混材料第一次熔融行为影响
• 3.2.2 TPU 对TPU/PA6 共混材料第二次熔融行为影响
• 3.2.3 TPU 对TPU/PA6 共混材料结晶行为影响
• 3.3 GF 对GF/896TPU/PA6 复合材料结晶熔融行为影响
• 3.3.1 GF％/896TPU/PA6 复合材料第一次熔融行为
• 3.3.2 GF％/896TPU/PA6 复合材料第二次熔融行为
• 3.3.3 GF％/896TPU/PA6 复合材料结晶行为
• 3.4 绢云母对绢云母/896TPU/PA6 复合材料结晶熔融行为影响
• 3.4.1 绢云母％/896TPU/PA6 复合材料第一次熔融行为
• 3.4.2 绢云母％/896TPU/PA6 复合材料第二次熔融行为
• 3.4.3 绢云母％/896TPU/PA6 复合材料结晶行为
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 TPU/PA6 共混体系晶型结构研究
• 4.1 前言
• 4.2 TPU 含量对PA6 共混材料晶型结构影响
• 4.3 不同填充物对PA6 复合材料晶型结构影响
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 PA6 及其复合材料力学性能和破坏形态研究
• 5.1 前言
• 5.2 TPU/PA6 共混材料力学性能
• 5.2.1 TPU/PA6 共混材料拉伸性能及其破坏形态
• 5.2.2 TPU/PA6 共混材料冲击韧性及增韧机理
• 5.2.2.1 TPU/PA6 共混材料冲击性能
• 5.2.2.2 TPU/PA6 共混材料增韧机理
• 5.3 填充物/TPU/PA6 复合材料力学性能
• 5.3.1 GF%/896TPU/PA6 复合材料力学性能及其破坏形态
• 5.3.2 绢云母%/896TPU/PA6 复合材料力学性能及其破坏形态
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 TPU/PA6 共混物及其复合材料摩擦磨损性能
• 6.1 低速下PA6 及TPU/PA6 共混材料摩擦磨损性能（200N）
• 6.1.1 低速下PA6 及TPU/PA6 共混材料摩擦性能
• 6.1.2 低速下PA6 及TPU/PA6 共混材料磨损性能
• 6.2 高速下PA6 及TPU/PA6 共混材料摩擦磨损性能（200N）
• 6.2.1 高速下 PA6及TPU/PA6共混材料摩擦性能
• 6.2.2 高速下PA6 及TPU/PA6 共混材料磨损性能
• 6.3 高载荷下PA6 及TPU/PA6 共混材料摩擦磨损性能（低速）
• 6.3.1 不同高载荷P 值下PA6 摩擦磨损性能探索
• 6.3.2 在500N 下TPU/PA6 共混材料摩擦性能探索
• 6.3.3 在不同载荷P 值下896TPU/PA6 共混材料摩擦磨损性能
• 6.3.3.1 在不同载荷P 值下896TPU/PA6 共混材料摩擦性能
• 6.3.3.2 在不同载荷P 值下896TPU/PA6 共混材料磨损性能
• 6.4 不同PV 值下GF、绢云母增强TPU/PA6 复合材料摩擦磨损性能
• 6.4.1 不同PV 值下GF/896TPU/PA6 复合材料摩擦磨损性能
• 6.4.1.1 高速下GF/896TPU/PA6 复合材料摩擦磨损性能（200N）
• 6.4.1.2 在高载荷下4096GF/896TPU/PA6 复合材料摩擦磨损性能(低速
• 6.4.2 不同 PV 值下绢云母/896TPU/PA6 复合材料摩擦磨损性能
• 6.4.2.1 高速下绢云母/896TPU/PA6 复合材料摩擦磨损性能（200N）
• 6.4.2.2 在高载荷下1096绢云母/896TPU/PA6 复合材料摩擦磨损性能(低速
• 6.5 TPU/PA6 共混物及其复合材料摩擦磨损机理研究
• 6.5.1 钢环转移膜分析
• 6.5.2 试样磨损面分析
• 6.5.2.1 在200N、低速下纯 PA6 磨损面
• 6.5.2.2 在500N、低速下纯PA6 及896TPU/PA6 共混材料磨损面
• 6.5.2.3 在500N、低速下填充物/896TPU/PA6 复合材料磨损面
• 6.5.3 磨屑分析
• 6.5.3.1 磨屑热失重分析
• 6.5.3.2 磨屑 WAXD 分析
• 6.6 本章小结
• 参考文献
• 第七章 结论
• 附录
• 致谢