SiO2的分布状态和粒径大小对PA6/mSEBS/SiO2力学性能影响的研究

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在橡胶增韧聚合物体系中,为避免体系强度和模量的大幅度下降,往往在体系中加入无机刚性粒子对其进行增强。虽然理论和实践都证明橡胶完美包覆刚性内核的核壳粒子是实现增韧体系刚韧平衡的最佳方法,但是制备具有完美核壳结构的核壳粒子非常困难。在大量的研究和实际加工过程中,人们只是通过将粒子与橡胶做母料的方法来实现粒子在橡胶相中选择性分布,形成所谓沙袋结构。此时体系的冲击韧性的确得到较大提高,但拉伸强度并没有得到改善。本论文是在前期工作的基础上,系统研究不同粒径的SiO2粒子分别分布在尼龙6/马来酸酐化的氢化苯乙烯-乙烯-苯乙烯嵌段共聚物(PA6/m SEBS)体系中的PA6相或m SEBS相中时体系的力学性能变化情况,并阐明其变化的机理。为制备具有刚韧平衡的聚合物合金体系提供理论支撑。为了实现SiO2粒子在PA6相和mSEBS相中的稳定分布,我们分别用氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)对SiO2粒子进行表面改性,使其表面分别带上氨基(m1SiO2)和环氧基团(m2SiO2)。当表面含有氨基的m1SiO2与m SEBS预先做母料时,m1SiO2表面带上氨基能够与弹性体m SEBS分子链上的马来酸酐基团反应,从而使m1SiO2粒子不会在后续的与PA6共混过程中扩散到PA6相中。同理,当表面含有环氧基团的m2SiO2粒子先与PA6做母料时,其表面的环氧基团能与PA6分子链端氨基发生反应形成共价键,以保证其在后续与m SEBS共混时仍然能稳定分散在PA6相中。实验结果表明,当SiO2分布在弹性体m SEBS相中时,聚合物的冲击强度明显高于其在PA6相中分布的体系,但拉伸强度较不含SiO2粒子的纯橡胶增韧体系并没有提高;而当SiO2粒子分布在基体PA6相中时,聚合物的拉伸强度较纯橡胶增韧体系有明显提高,但冲击强度却明显降低。不过以上增韧体系中拉伸和冲击强度随粒子分布状态的变化程度与SiO2粒子的粒径有关。将用两种不同粒径的SiO2粒子(SiO2-S(φ=15nm)、SiO2-L(φ=200nm))分别制备PA6/m SEBS/SiO2(88/12/5)复合材料,当SiO2完全分布在基体PA6中时,小粒径SiO2-S的增强效果优于大粒径SiO2-L;而当SiO2完全分布在弹性体m SEBS中时,SiO2-L的増韧效果却优于SiO2-S。而将5份SiO2分成两等分,其中2.5wt%SiO2-S分布在基体PA6中,而2.5wt%SiO2-L分布在弹性体m SEBS中,此时复合材料冲击强度达到37.3k J/m2,拉伸强度达到54.6MPa,具有最优的刚韧平衡性能。与纯弹性体増韧体系PA6/m SEBS(88/12)相比复合材料在冲击强度有超过50%的提高的情况下,拉伸强度还提高了接近10%。
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