纳米Sb2O3/BEO-PBT复合材料制备的研究

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无机纳米粒子与聚合物的结合已被用于聚合物材料的功能化与性能化,并取得了巨大的成功。聚合物/无机纳米复合材料具有优异的力学性能、电学性能、阻隔性能、阻燃性能和其他性能,因此受到复合材料领域广泛关注。为了获得性能优异的聚合物/无机纳米复合材料可以充分的将聚合物的韧性、易加工性和绝缘性与纳米粒子的刚性、特殊功能性、热稳定性和尺寸稳定性完美的结合在一起,从而复合材料应用与众多领域。无机颗粒增强聚合物的工艺参数如制备方法、加工方式、颗粒的尺寸与分布、颗粒和聚合物的类型等都会影响聚合物/无机复合材料的物理化学性能。相比于复合材料传统制备工艺中,低温球磨是一种新型材料制备工艺。本文选取PBT为基体,以溴化环氧树脂(BEO)为阻燃添加剂,以纳米Sb2O3为无机填料,采用低温球磨和常温球磨两种不同球磨工艺制备了纳米Sb2O3/PBT复合粉体;并利用傅立叶红外光谱、扫描电镜、X射线衍射、激光粒度分析仪和透射电镜等方法系统地研究了不同球磨工艺下,单一聚合物(PBT)、聚合物与无机粒子混合粉末(Sb2O3/PBT)的形貌和结构变化,颗粒细化规律,分散及混合机制;采用差热分析、热失重分析等研究了低温球磨PBT、纳米Sb2O3/BEO-PBT复合粉体的结晶性能与热稳定性;研究确定两种不同的成型方法分别为注塑成型和热压成型最优的制备工艺参数,并且采用两种成型方法制备纳米Sb2O3/BEO-PBT复合材料,研究了复合材料的力学性能,并分析其作用机理。主要研究内容及结果如下:(1)采用低温球磨制备了PBT、纳米Sb2O3/PBT复合粉体,研究低温球磨利用PBT材料的低温脆化和纳米Sb2O3添加,使粉体的细化效率明显提高。低温球磨10 h,PBT颗粒的平均颗粒尺寸由原始的450μm减小到11μm。而纳米Sb2O3颗粒的添加使复合颗粒的细化速率加快,低温球磨10 h,纳米Sb2O3/PBT复合粉体平均颗粒尺寸为8μm。低温球磨引起聚合物分子链的断裂,从而导致PBT分子量的降低,使得半结晶的PBT转变为非晶结构。纳米Sb2O3的添加加速了低温球磨过程,加速了PBT分子链的断裂,加速了PBT分子量的降低但是并没有改变PBT的分子结构。低温球磨对于纳米Sb2O3/PBT复合粉体有显著的细化、分散化和混合化的作用。低温球磨复合粉体中纳米Sb2O3粒子能够较好的均匀分散。(2)对PBT、纳米Sb2O3/BEO-PBT复合粉体进行深入检测分析,发现低温球磨中由于纳米Sb2O3在PBT基体中均匀分散起到了显著的异相形核作用,纳米Sb2O3/BEO-PBT复合粉体的结晶性能和热稳定性较好的改善。低温球磨制备的复合粉体,由于纳米Sb2O3颗粒均匀分散,只需少量的Sb2O3就可极大的提高复合材料的晶化能力。(3)研究确定了两种不同的成型方法的最优工艺参数。分析了不同成型工艺对纳米Sb2O3/BEO-PBT复合材料力学性能的影响。注塑成型工艺制备的复合材料力学性能较热压成型工艺制备的材料均更优。
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