聚合物非相容共混体系的相结构及其性能研究

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大多数聚合物是热力学不相容的,共混物的相结构通常呈现为海岛状。当共混物的相结构转变为共连续结构时,可以在很大程度上提高共混材料的物理性能(如耐热、导电、导热)和化学性能(如耐腐蚀、阻燃、抗老化)等性能。通常非相容聚合物体系只在质量分数相近的点处出现相反转,因此,有效调控非相容聚合物体系的相结构,是提高共混体系的性能的重要手段。本文选用有机蒙脱土(OMMT)作为添加剂,重点研究了OMMT在ABS/PA6共混体系中的分散现象及添加OMMT对共混体系中PA6相连续度、结构等的影响规律;通过调控OMMT的含量来改变相反转点时PA6的临界含量,使得分散相(PA6相)在含量较低时,共混体系就具有稳定的共连续结构,为制备高性能的ABS/PA6/OMMT三元共混体系提供理论的参考和指导。首先,通过熔融共混制备了不同添加比例的OMMT填充丙烯晴-丁二烯-苯乙烯(ABS)/尼龙6(PA6)的共混物。通过SEM、TEM、XRD等手段表征了OMMT在ABS/PA6共混体系中的分散现象及共混体系相形态的演变规律。结果表明:OMMT定向分散在ABS/PA6共混物的PA6相中,OMMT的添加拓宽了形成共连续结构的聚合物相反转范围;随着OMMT含量的增加,形成共连续结构所需PA6的含量降低,相形态尺寸减小;OMMT的临界含量(ΦOMMT)和形成共连续PA6的质量分数(ΦPA6)成反比,其特征参数n(二者的乘积)约为8,据此可根据共混体系中PA6的含量,推算能形成相反转的OMMT最低添加量,为相关共混物的制备提供有益的借鉴。其次,重点考察了OMMT的含量变化对基体耐热,阻燃性能的影响。采用动态流变的方法研究了不同添加量的OMMT在ABS/PA6基体中的分散性变化。当共混物在低频段出现模量平台,可以视为OMMT网络形成的开始。通过DMA、锥形量热法等考察了共混物的粘弹性和阻燃性能。结果表明:在基体中添加PA6能有效的减少OMMT的分布范围,促使OMMT自发取向,从而形成三维网络;随着OMMT含量的增大,OMMT对共混物在高温段的储能模量影响不大,但是却导致基体的粘弹性升高,增加成型加工的难度。当OMMT在共混体系中形成网络结构时,可以有效的阻隔热的传递和氧气的流通,同时基体熔融时,可以保持自身的网络结构。共混体系中PA6相能够促使OMMT形成网络结构,起到一定的协同阻燃作用。最后,研究了熔融共混的方式制备ABS/PA6/GF(玻璃纤维)复合体系时其网络结构形成的动态过程。通过测定GF与PA6、ABS表面接触角,计算出GF分布于PA6和ABS的表面张力,从而模拟出GF与聚合物间的粘附功。结果表明:GF/PA6间的表面张力和粘附功都远高于GF/ABS的,说明在退火过程中PA6会优先凝聚在GF表面,起到粘合的作用,固定GF的网络结构。但经过模压退火后GF发生部分取向分布,使GF-PA6网络结构发生一定的破坏。取向平行方向上复合材料在高温段的储能模量增大,而垂直方向上储能模量则明显下降。因此,平衡退火过程中破坏网络作用和粘合网络作用的关系,是组建GF/PA6网络结构的关键问题。
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