论文题目: 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备与性能研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料学
作者: 邓涛
导师: 方兰
关键词: 纳米复合材料,聚乙烯,蒙脱土,熔体插层法
文献来源: 哈尔滨理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文以有机改性剂处理过的蒙脱土(MMT)、高密度聚乙烯(HDPE)为原料,以马来酸酐接枝聚乙烯(PEMA)作为相容剂,采用熔体插层法制得了聚乙烯/蒙脱土(PE/MMT)纳米复合材料。通过XRD、TEM 对蒙脱土在聚乙烯基体中的分散行为及复合材料的微观结构进行表征,分析并讨论了蒙脱土在基体中的分散效果及其影响因素,并且对PE/MMT 纳米复合材料的力学性能、热学性能、气液阻隔性能以及结晶性能进行了研究。考察蒙脱土的分散情况以及相容剂用量对纳米复合材料的增强效果的影响,结果表明,有机蒙脱土对聚乙烯基体具有增强作用。当有机蒙脱土含量在3wt%左右时,复合材料的拉伸强度达到最大值34.79MPa,比纯PE 提高了约13.5%。但断裂伸长率有一定程度的下降。随着PEMA 含量增加,复合材料拉伸强度先提高后下降。对复合材料热稳定性进行测试,TGA 实验结果表明,复合材料的热分解最迅速时的温度(Tmax)比纯PE 提高了约5℃,同时分解速率变慢。说明蒙脱土的引入使得PE/MMT 纳米复合材料的热稳定性提高了。对材料的气液阻隔性能进行测试,比较纯PE 和PE/MMT 体系的气体透过量以及气体透过系数发现,加入少量有机蒙脱土,PE/MMT 体系的氧气透过量比纯PE 体系下降了约15%,气体透过系数也减小了15%。材料对有机溶剂的相对吸附量也有明显下降。采用DSC 对材料的等温结晶以及非等温结晶行为进行了研究。通过计算Avrami 指数表明,复合材料的成核机理相对于纯PE 而言发生了变化,蒙脱土片层在结晶过程中起到了明显的异相成核作用。同样结晶条件下,复合材料的结晶速率也明显提高。比较表观结晶活化能发现,复合材料的表观结晶活化能比纯PE 要高。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 概述
1.1.1 纳米复合材料
1.1.2 纳米复合材料的分类
1.2 聚合物/粘土纳米复合材料
1.2.1 粘土的结构与有机改性
1.2.2 聚合物/粘土纳米复合材料的发展状况
1.2.3 聚合物/粘土纳米复合材料的制备与分类
1.2.4 聚合物/粘土纳米复合材料的性能与表征
1.2.5 聚合物/粘土纳米复合材料的应用展望
1.3 聚乙烯/粘土纳米复合材料
1.3.1 聚乙烯的性能及应用
1.3.2 聚乙烯/粘土纳米复合材料的研究进展
1.4 本课题的来源、研究意义及内容
第2章 插层法制备纳米复合材料的基础理论
2.1 插层过程中的热力学分析及几种模型
2.1.1 插层过程中的热力学分析
2.1.2 热力学分析中的几种模型
2.2 插层过程中的动力学分析及动力学模型
2.2.1 插层过程中的动力学分析
2.2.2 分子动力学模型
2.3 熔体插层法制备聚合物/粘土纳米复合材料
2.3.1 聚合物/粘土纳米复合材料的形成过程与剥离机理
2.3.2 熔体插层法制备聚合物/粘土纳米复合材料的影响因素
2.4 本章小结
第3章 实验部分
3.1 实验原材料
3.2 仪器设备
3.3 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备
3.4 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的微观结构表征
3.4.1 X 射线衍射(XRD)
3.4.2 透射电子显微镜(TEM)
3.5 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的性能测试
3.5.1 力学性能测试
3.5.2 热失重分析(TGA)
3.5.3 差示扫描量热法(DSC)
3.5.4 材料的气液阻隔性测试
3.6 本章小结
第4章 结果与讨论
4.1 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的XRD 分析
4.1.1 复合材料中PEMA 含量对插层效果的影响
4.1.2 复合材料中蒙脱土含量对插层效果的影响
4.2 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的TEM 分析
4.2.1 PEMA 含量不同时复合材料的TEM 结果
4.2.2 蒙脱土含量不同时复合材料的TEM 结果
4.3 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的力学性能分析
4.3.1 复合材料中PEMA 含量对力学性能的影响
4.3.2 复合材料中蒙脱土含量对力学性能的影响
4.4 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的热失重分析
4.5 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的气液阻隔性能分析
4.5.1 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的对气体的阻隔性能分析
4.5.2 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的有机溶剂阻隔性能分析
4.6 聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的结晶动力学分析
4.6.1 等温结晶动力学研究
4.6.2 非等温结晶动力学研究
4.6.3 结晶动力学分析小结
4.7 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2005-11-18
参考文献
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