尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的制备与性能研究

论文摘要

在学科交叉交融的学术大背景下,以纳米技术为代表的材料科学正在对21世纪的其他学科、产业和社会产生着极为深刻的影响。过去的十余年时间,纳米材料中的聚合物纳米复合材料引起了学界业界的极大关注,因为只需要少量的纳米添加剂就能够改善复合材料的许多性能。尼龙6/蒙脱土纳米复合材料是一种实际应用的聚合物纳米复合材料,目前科研工作者对尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的制备、蒙脱土添加剂表面修饰改性、复合材料的宏观力学性能、蒙脱土在尼龙6基体中的微观结构表征、材料的热力学性能等诸多方面都进行了广泛研究。尽管科研工作者已经做了较为全面的工作,但是在纳米复合材料的微观表征方面与微观力学计算方面仍需要做很多的工作;蒙脱土添加剂能够起到增强增韧的作用的微观作用机理仍需要继续研究;计算机模拟在复合材料设计方面发挥越来越大的作用,其中在材料的力学计算模拟中,离不开作为基础学科的力学为其提供基本模型与基本参数。本文的主要研究内容简述如下:1、原位聚合方法制备出纯尼龙6与蒙脱土百分含量为1%、3%、5%的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料。2、利用超薄切片的方法制备了尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的原子力显微镜观测样品,对其进行原子力显微镜观察,表征了复合材料的微观结构,实现了对纳米蒙脱土在尼龙6基体中分散情况的原位观测。3、对尼龙6/蒙脱土纳米复合材料进行了扫描电镜(SEM)、差示扫描量热(DSC)、热重(TG)、X射线衍射、单轴拉伸、缺口冲击等实验研究,对复合材料进行了热学与力学分析,并探讨了蒙脱土添加剂的增强增韧作用的微观机理。4、从黏弹性力学出发,分别使用分数阶导数模型与Prony级数模型对尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的静态蠕变行为进行了研究,在黏弹性力学的角度给有限元软件提供了较好的模型与较为精确的参数。5、在细观力学方面,使用渐近均匀化方法对剥离型的尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的有效弹性性能进行了预测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 蒙脱土的结构与性质
• 1.3 聚合物基层状硅酸盐纳米复合材料（PLSN）的结构与性质
• 1.4 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法
• 1.5 蒙脱土插层的热力学分析
• 1.6 尼龙6 改性研究进展
• 1.7 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的国内外研究现状与展望
• 1.8 本文的研究思路与主要研究内容
• 第2章 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的制备与结构、性能
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原料
• 2.2.2 原位聚合法制备纳米复合材料
• 2.3 性能与结构测试
• 2.3.1 原子力显微（AFM）镜测试
• 2.3.2 扫描电镜（SEM）测试
• 2.3.3 X 射线衍射测试
• 2.3.4 差示扫描量热（DSC）测试
• 2.3.5 热重（TG）测试
• 2.3.6 力学性能测试
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 原子力显微镜形貌
• 2.4.2 扫描电镜形貌
• 2.4.3 X 射线衍射分析
• 2.4.4 热重分析与差示扫描量热分析
• 2.4.5 纳米复合材料的力学性能
• 2.5 本章小结
• 第3章 尼龙6/蒙脱土纳米复合材料蠕变行为研究
• 3.1 引言
• 3.2 分数阶导数
• 3.2.1 分数阶导数的定义
• 3.2.2 Abel 核的定义
• 3.2.3 分数阶导数的Laplace 与Fourier 变换
• 3.2.4 分数阶导数的基本性质
• 3.3 Prony 级数逼近算法
• 3.3.1 Prony 级数方法的概貌
• 3.3.2 Prony 级数方法的优缺点
• 3.4 实验与分析
• 3.4.1 蠕变实验
• 3.4.2 分数阶导数类标准线性体模型
• 3.4.3 Prony 级数模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 剥离型尼龙6/蒙脱土纳米复合材料有效弹性性能的预测
• 4.1 引言
• 4.2 复合材料的等效性能的预测方法
• 4.2.1 直接法
• 4.2.2 定界法
• 4.2.3 近似方法
• 4.3 渐近均匀化理论
• 4.4 剥离型尼龙6/蒙脱土纳米复合材料有效弹性性能计算
• 4.4.1 剥离型尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的整体有效弹性性能的预测
• 4.4.2 使用其他模型与计算结果的比较
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录：攻读硕士期间公开发表的论文