PBT和Mc尼龙的增韧改性及其形态结构的研究

论文摘要

工程塑料在现代的社会生活中占据着十分重要的地位。相对金属材料来说,工程塑料的密度低,比强度高,耗能少;与通用塑料相比,其耐热性能、电绝缘性能和化学稳定性都比较好。因此,工程塑料在电子、电气、汽车等领域都有着广泛的应用。在五大工程塑料中,尼龙是产量最大、用途最广的品种之一。由于其出色的综合性能,尼龙成为各行各业不可或缺的重要材料。Mc尼龙是经由己内酰胺阴离子聚合同时浇铸成型的尼龙,以其独特的制备工艺为传统尼龙开辟了新的应用领域。PBT自从20世纪70年代工业化生产以来,一直是发展速度较快的工程塑料品种。然而,PBT和Mc尼龙都有低缺口冲击强度和低温韧性较差的缺点。近年来,PBT和Mc尼龙的增韧一直是对其改性的重要方向。在基体中加入弹性体是对聚合物增韧的有效方法。对于不同的聚合物基体,橡胶增韧的机理有所不同。一般来说,弹性体起着应力集中的作用,在受到冲击的过程中,弹性体或通过自身和相界面的空穴化,或通过与基体的相互作用将冲击能量有效地耗散而起到增韧作用。橡胶与塑料基体通常都是不相容的,因此,两相界面之间的相互作用成为影响共混物性能的关键因素。人们常采用直接添加或者通过反应原位生成接枝/嵌段共聚物的办法来增强两相的界面连接。本论文首先研究了不同官能团反应活性的差异对PBT/ABS合金熔融共混过程中相界面原位反应的影响。发现与单独使用带有马来酸酐基团的增容剂聚苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐（ASMA）相比,使用ASMA与环氧树脂二元增容更能有效地增韧PBT。通过红外（FTIR）分析发现,环氧树脂的加入使得相界面处有更多的ASMA-g-PBT接枝共聚物的生成。相形态的观察表明,熔融共混过程中,这些原位生成的接枝共聚物有效抑制了ABS的聚集,使ABS在PBT基体中更为均匀和细化地分散。除此之外,我们研究了共混体系的熔体动态线性粘弹行为,发现这些接枝共聚物有效地降低了界面张力,增强了界面连接,使得共混物在外界剪切过程中呈现更为稳定的类固态响应。超细粉末橡胶和一些核-壳结构的冲击改性剂由于它们可以在合成的过程中根据实际需要获得不同的粒径、组成、交联度、表面特性等,在近年来受到人们的诸多关注。我们根据Mc尼龙制备的独特工艺,将几种不同粒径、带有不同表面基团的弹性体颗粒引入到Mc尼龙基体中,发现这些弹性体对Mc尼龙起到了明显的增韧效果。Mc尼龙结晶性质的变化及基体内的橡胶粒子使得尼龙的缺口冲击强度有明显提高。通过SEM观察我们发现,由于弹性体所带的基团不同,它们与基体的相容性有所差异。DSC研究表明,带有氰基和吡啶基团的超细粉末橡胶颗粒由于其表面和聚酰胺链段的强相互作用,在基体中起到了异相成核的作用,使尼龙的结晶速率变快,结晶温度也有所提升。XRD的分析结果表明制备过程中这些弹性体颗粒并没有改变尼龙的晶型,所得的改性Mc尼龙仍旧以较为稳定的α晶型为主。另外,改性Mc尼龙在韧性提高的同时,其硬度并没有明显降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 通用工程塑料增韧的意义及现状
• 1.1.1 通用工程塑料的定义
• 1.1.2 通用工程塑料的发展历程
• 1.1.3 工程塑料的增韧改性
• 1.2 聚合物的橡胶增韧
• 1.2.1 塑料增韧的现状
• 1.3 聚合物的橡胶增韧机理
• 1.3.1 微裂纹理论
• 1.3.2 多重银纹理论
• 1.3.3 剪切屈服理论
• 1.3.4 银纹-剪切带理论
• 1.3.5 空穴化理论
• 1.3.6 脆韧转变和逾渗理论
• 1.4 影响弹性体增韧材料性能的几个结构因素
• 1.4.1 基体性质
• 1.4.2 弹性体特性
• 1.4.3 分散相形态
• 1.4.4 橡胶粒径
• 1.4.5 粒子间距
• 1.4.6 橡胶含量
• 1.4.7 界面相容情况
• 1.5 PBT的增韧研究
• 1.5.1 PBT的性能及发展现状
• 1.5.2 PBT增韧意义
• 1.5.3 PBT合金化增韧现状
• 1.6 单体浇铸尼龙
• 1.6.1 单体浇铸尼龙的概念
• 1.6.2 单体浇铸尼龙与普通尼龙6的区别
• 1.6.3 单体浇铸尼龙的特性
• 1.6.4 Mc尼龙的有机改性
• 1.7 本文主要研究内容和研究思路
• 参考文献
• 第二章 环氧树脂和ASMA对PBT/ABS合金的二元增容研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 材料与试剂
• 2.2.2 共混试样的制备
• 2.2.3 红外分析（FTIR）
• 2.2.4 相形态观测
• 2.2.5 DMA热机械性能分析
• 2.2.6 流变性能分析
• 2.2.7 力学性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 红外分析
• 2.3.2 扫描电镜观察
• 2.3.3 热机械性能分析
• 2.3.4 流变性质研究
• 2.3.5 力学性能测试
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 弹性体颗粒对单体浇铸尼龙的增韧改性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料与试剂
• 3.2.2 单体浇铸尼龙增韧改性步骤
• 3.2.3 形态分析（SEM）
• 3.2.4 差热分析（DSC）
• 3.2.5 X射线衍射分析（XRD）
• 3.2.6 力学性能分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 相形态分析
• 3.3.2 冲击断面观察
• 3.3.3 改性Mc尼龙的结晶性能
• 3.3.4 XRD分析
• 3.3.5 力学性能
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历