PP、PMMA-MMT復(fù)合材料的力學(xué)、摩擦學(xué)性能及穩(wěn)定性研究.pdf

1、聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料不但具有無(wú)機(jī)物的剛度、強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，有機(jī)聚合物的塑性、可加工性和介電性能等優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)在納米尺度上的復(fù)合，將各自的優(yōu)勢(shì)充分體現(xiàn)，賦于聚合物優(yōu)異的性能，因而成為近年材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。 本文在對(duì)層狀硅酸鹽蒙脫土(MMT)的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，以典型的通用塑料聚丙烯(PP)和工程塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為基體，在優(yōu)化合成工藝的基礎(chǔ)上，分別采用乳液聚合法和熔

2、融插層復(fù)合法制備出剝離型PMMA/MMT和PP/MMT納米復(fù)合材料，并進(jìn)行力學(xué)、摩擦學(xué)性能及在熱、腐蝕介質(zhì)作用下的穩(wěn)定性研究。 通過(guò)固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論計(jì)算，獲得蒙脫土晶體的價(jià)電子結(jié)構(gòu)，證實(shí)蒙脫土晶體結(jié)構(gòu)中，四面體中的Si不易被Mg、而能被AI同晶置換，八面體中的Al易被Mg同晶置換；從價(jià)電子結(jié)構(gòu)層次上說(shuō)明了蒙脫土三個(gè)亞層結(jié)構(gòu)的高度穩(wěn)定性，即在極性介質(zhì)中可以改變蒙脫土的單元片層間距，但其內(nèi)的三個(gè)亞層不易分離。 ～2wt

3、％的蒙脫土以納米化單片層形式分散于PP基體中，可以提高基體的硬度和拉伸強(qiáng)度，抑制其在水潤(rùn)滑條件下的磨粒磨損(250N載荷下，其磨損率為純PP的50％，摩擦系數(shù)為純PP的90％)，明顯減輕基體在干摩擦條件下的粘著磨損和塑性變形(150N載荷下，其磨損率為PP的30％～40％)，但改善效果也隨載荷的增加而下降。此外，熱性能研究表明，1wt％～2wt％蒙脫土的加入，還使得PP基體的初始失重溫度明顯上升。相同條件下，TJ-2型蒙脫土改善PP基體

4、摩擦磨損性能和熱性能的效果更明顯。 ～5wt％的蒙脫土分散于PMMA基體中，可以改善基體的硬度，有效減輕基體的粘著磨損(150 N載荷、干摩擦和水潤(rùn)滑條件下，其磨損率分別為同條件下純PMMA的25％～35％和55％)；明顯提高基體的熱分解溫度(相對(duì)于KH-γc和TJ-2型蒙脫土而言，KH-V6型蒙脫土的加入，使PMMA基體的熱分解溫度提高最明顯，熱分解起始溫度、峰值溫度和終止溫度分別比純PMMA提高了3℃、17℃和15℃)。

5、 隨著MMT含量的增加，PMMA/MMT復(fù)合材料在硫酸介質(zhì)中的腐蝕速率先下降后上升，當(dāng)蒙脫土含量在2％～3％時(shí)，其片層阻隔作用使得復(fù)合材料的腐蝕速率最??；PMMA及其復(fù)合材料試樣在硫酸介質(zhì)中的腐蝕速率隨腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)整體呈下降趨勢(shì)。隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，相對(duì)于復(fù)合材料表層腐蝕產(chǎn)物膜的阻隔作用而言，蒙脫土片層阻隔作用引起的復(fù)合材料的腐蝕速率下降變得不明顯：隨著硫酸濃度的增加，PMMA及其復(fù)合材料的腐蝕速率上升，MMT的阻隔作用減弱，相對(duì)

6、于TJ-2型蒙脫土而言，KH-V6型蒙脫土改善PMMA耐硫酸腐蝕的效果更明顯。在建立剝離型聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料逾滲模型的基礎(chǔ)上，對(duì)PLSN的增韌和提高耐磨性行為進(jìn)行逾滲理論分析，并采用標(biāo)度定律進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，MMT片層在剝離型納米復(fù)合材料中起到交聯(lián)點(diǎn)的作用，其增韌和提高耐磨性行為符合逾滲理論。 熱分解動(dòng)力學(xué)研究表明，失重22％以前，PP/2 wt％TJ-2型蒙脫土納米復(fù)合材料的活化能大于純PP；失重率在30％～80％時(shí)

7、，PP及其復(fù)合材料熱分解反應(yīng)的機(jī)理函數(shù)分別為Valensi方程(n=1/2)和Mampel Power法則，對(duì)應(yīng)機(jī)理為二維擴(kuò)散和冪函數(shù)法則。 在失重37％以前，PMMA/5 wt％KH-V6型蒙脫土納米復(fù)合材料的活化能高于PMMA；失重20％～80％時(shí)，PMMA和PMMA/KH-V6型蒙脫土納米復(fù)合材熱分解反應(yīng)的機(jī)理函數(shù)分別為Jander方程(n=2)和G-B方程，即都屬于三維擴(kuò)散機(jī)理。KH-V6型蒙脫土的加入，使PMMA的不同