原位聚合制备尼龙6/纳米SiO2复合材料及其性能研究

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本文采用原位聚合的方法,制备了由不同表面官能团修饰的纳米SiO2填充的尼龙6/纳米SiO2复合材料。表征了纳米复合材料的界面结构,分析了其相应的力学性能和摩擦学性能,并初步探索了炭黑及纳米SiO2填充尼龙6复合材料的抗静电性能。结果表明,纳米SiO2表面所修饰的活性官能团以化学键作用与PA6分子链相结合,形成较强的界面相互作用,从而对纳米复合材料的力学性能,摩擦学性能产生一定的影响。本论文的主要研究内容如下:1、利用TEM、IR、TG及XPS手段对PA6纳米SiO2复合材料进行了分析,在尼龙6的聚合过程中,纳米SiO2表面不同的活性官能团均能够与PA6分子链相结合,使得纳米SiO2以化学键的方式接枝于PA6分子链中,两相间产生较强的界面结合力;同时纳米SiO2表面含有多个官能团,可以接枝多个尼龙6分子链,从而在复合材料体相中,局部形成网状交联结构,进而影响纳米复合材料的性能。但是RNS-A和RNS-E两种型号纳米SiO2,表面含有不同的活性基团,导致其在PA6基体中所形成的网状交联结构有所不同。2、对PA6纳米复合材料的力学性能进行分析。结果表明RNS-A型纳米SiO2能够显著提高PA6纳米复合材料的拉伸强度和冲击韧性,在RNS-A质量分数为0.5%时拉伸强度达到最大,比纯PA6的强度提高约54%;在RNS-A质量分数为0.3%时缺口冲击强度达最大,且比纯PA6的提高约55%。RNS-E型纳米SiO2对PA6能起到增强的作用,而没有达到增韧的效果。在RNS-E质量分数为0.3%时拉伸强度达到最大,比纯PA6的提高约47.5%。3、利用环块磨损试验机对PA6及其纳米复合材料的摩擦学性能进行分析,并用扫描电镜对复合材料磨损表面进行观察,发现随RNS-A和RNS-E型纳米SiO2含量的增大,复合材料摩擦系数呈增大趋势;同时一定含量的纳米SiO2可以降低复合材料的磨损量。随着实验载荷的增大,PA6及PA6纳米复合材料的摩擦系数呈降低趋势,而磨损量呈增大趋势。而随着实验速度的增大,PA6及PA6纳米复合材料的摩擦系数和磨损量均呈增大的趋势。4、在PA6中加入炭黑或炭黑和纳米SiO2后,复合材料的体积电阻率有所下降。但是炭黑的加入,降低了PA6的力学性能,而同时加入纳米SiO2后可以保持PA6复合材料的力学性能。另外,炭黑和纳米SiO2的加入,增大了PA6的摩擦系数,而磨损量有所降低;随着实验载荷的增大,复合材料的摩擦系数降低而磨损量增大。
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