沙袋結(jié)構(gòu)增韌PA6-EPDM-M-nano-CaCO3三元復(fù)合材料的形態(tài)演變與增韌機(jī)理研究.pdf

1、本文以三元乙丙橡膠(EPDM)和馬來酸酐接枝三元乙丙橡膠(EPDM-g-MAH)的復(fù)配共混物為彈性體(EPDM-M),納米碳酸鈣(nano-CaCO3)為無機(jī)粒子,通過兩步法混合工藝在PA6基體中構(gòu)建了EPDM-M包覆nano-CaCO3團(tuán)聚體的“沙袋結(jié)構(gòu)”粒子,制得高韌性的PA6三元復(fù)合材料,利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、動態(tài)力學(xué)分析(DMA)等手段觀察和研究了在外力作用下“沙袋結(jié)構(gòu)”粒子在基體中的形態(tài)演變,

2、并進(jìn)一步探討了“沙袋結(jié)構(gòu)”粒子對PA6的增韌機(jī)理。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1、通過SEM和TEM研究了拉伸速率和拉伸應(yīng)變對拉伸斷面和沿拉伸方向的脆斷斷面的微觀形態(tài)的影響。結(jié)果表明,PA6/EPDM-M二元合金材料(E1)中:橡膠粒子內(nèi)部發(fā)生空穴化、橡膠粒子與基體之間發(fā)生界面脫粘；PA6/EPDM-M/nano-CaCO3(一步法)三元復(fù)合材料(E2)中:nano-CaCO3團(tuán)聚體與基體之間發(fā)生界面脫粘,橡膠粒子的內(nèi)部發(fā)生

3、空穴化；PA6/EPDM-M/nano-CaCO3(兩步法)三元復(fù)合材料(E3)中:“沙袋結(jié)構(gòu)”粒子內(nèi)部空穴化和“沙袋結(jié)構(gòu)”粒子內(nèi)的EPDM-M與nano-CaCO3團(tuán)聚體之間發(fā)生界面脫粘；而PA6/nano-CaCO3二元復(fù)合材料(E4)幾乎不產(chǎn)生空洞。結(jié)合體積應(yīng)變測試結(jié)果可以得出。PA6基復(fù)合材料的體積應(yīng)變關(guān)系為:E3>E2>E1>E4,即“沙袋結(jié)構(gòu)”粒子能夠誘使復(fù)合材料產(chǎn)生較大的體積應(yīng)變。
　　 2、研究了濕度對PA6基復(fù)

4、合材料性能與形態(tài)的影響。隨著環(huán)境中相對濕度提高,各體系吸水率與沖擊強(qiáng)度顯著地增大,其中PA6/EPDM-M/nano-CaCO3(一步法)三元復(fù)合材料(E2)的沖擊強(qiáng)度變化最明顯,從干燥態(tài)時的31.2 kJ/m2增加到相對濕度100％時的48.6 kJ/m2,提高了55.6％。利用DSC分析聚合物的結(jié)晶性能與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg),發(fā)現(xiàn)提高相對濕度使PA6的Tg從干燥態(tài)時的52.06℃下降至相對濕度100％時的2.39℃,可見水份在PA

5、6中起到了增塑劑的作用；而相對濕度提高,PA6/EPDM-M/nano-CaCO3(兩步法)三元復(fù)合材料(E3)的Tg基本保持不變。由此可見,含“沙袋結(jié)構(gòu)”有利于降低濕度對復(fù)合材料吸水率和力學(xué)性能的影響,提高復(fù)合材料的耐水性。
　　 3、建立了“沙袋結(jié)構(gòu)”粒子微觀力學(xué)形變模型,并進(jìn)一步利用該模型探討PA6/EPDM-M/nano-CaCO3三元復(fù)合材料中“沙袋結(jié)構(gòu)”粒子的增韌機(jī)理。含沙袋結(jié)構(gòu)粒子的PA6復(fù)合材料在受到外力作用發(fā)生

6、變形直至破壞,其外界作用能的耗散可以從三個方面理解:(1)應(yīng)力的集中:“沙袋結(jié)構(gòu)”粒子充當(dāng)應(yīng)力集中點(diǎn)；(2)拉伸形變和剪切帶的形成:EPDM-M與包覆其中的nano-CaCO3團(tuán)聚體發(fā)生協(xié)同變形而導(dǎo)致沙袋粒子發(fā)生整體變形,在“沙袋結(jié)構(gòu)”粒子周圍產(chǎn)生剪切帶；(3)空穴化并誘導(dǎo)剪切屈服和銀紋:接著“沙袋結(jié)構(gòu)”粒子中的nano-CaCO3團(tuán)聚體受到赤道方向的壓應(yīng)力和兩極方向的拉應(yīng)力作用,使其在兩極與EPDM-M發(fā)生界面脫粘而形成空穴,橡膠呈現(xiàn)