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玻璃纤维增强聚合物基复合材料,由于应力集中效应,复合材料的微观破坏主要发生在纤维和树脂基体的界面结合处,因此玻璃纤维与基体的界面结合是制备高性能复合材料的重要因素。目前,有关改善玻璃纤维与聚合物基体的文献报道都集中于将碳纳米管、石墨烯等碳材料引入到纤维表面提高纤维与基体的界面结合,很少有报道关注玻璃纤维与纳米粘土或者成核剂的复合。而关于纳米粘土增强聚合物的方法也已经探索了很多年,但这些方法通常是将粘土直接添加到聚合物体系中。当粘土添加量较少时对复合材料力学性能的提高非常有限,当添加量较多时粘土又极易团聚,导致力学性能下降,而且已有研究大部分集中在粘土的剥离和表面改性。 本文通过简单的静电吸附方法在玻璃纤维表面分别包覆了成核剂(P22)、乙烯-马来酸酐交替共聚物(Ethylene Maleic Anhydride Alternating Copolymer,简称EMA)和纳米粘土(clay),制备得到多元增强聚酰胺66(PA66)复合材料。这种方法不仅可以充分发挥玻璃纤维、粘土和成核剂、EMA协同增强的作用,而且有助于粘土的分散,同时玻璃纤维表面吸附的粘土和成核剂可以诱导PA66分子链在纤维表面结晶,提高PA66复合材料的结晶度,改善玻璃纤维与基体的界面结合。因此,与未改性玻璃纤维增强PA66复合材料相比,这种杂化增强体可以表现出更好的力学性能,为制备高性能复合材料提供了新思路。 1.利用静电吸附方法将P22和EMA分别和同时吸附在玻璃纤维表面,制备了P22和EMA混杂改性的玻璃纤维增强体,并通过挤出成型制备了PA66/改性玻璃纤维增强体复合材料。复合材料断面和刻蚀后断面的扫描电子显微镜(Scanning electronmicroscopy,简称SEM)结果表明,P22吸附在玻璃纤维表面可以诱导PA66在纤维表面结晶,而EMA分子中的酸酐基团则可以与PA66分子链末端的氨基发生反应,使PA66附着在纤维表面,改善了玻璃纤维与基体的界面结合。良好的界面结合使PA66/GF-P22、PA66/GF-EMA、PA66/GF-EMA-P22复合材料的层间剪切强度和动态储能模量(室温25℃下)分别提高了18.3%、25.4%、32.4%和15.4%、24.1%、34.9%。 2.通过静电吸附作用将clay和P22负载到玻璃纤维表面分别制备了GF-clay、GF-clay-P22杂化增强体,并通过熔融共混方法制备了PA66/GF-clay、PA66/GF-clay-P22复合材料。复合材料断面和刻蚀后断面的SEM结果表明在熔融共混过程中,clay和P22不仅可以诱导PA66在玻璃纤维表面结晶,同时clay表面的羧基还可以与PA66分子链发生原位化学反应,成为连接GF与PA66基体的桥梁,改善玻璃纤维与基体的界面结合。与PA66/GF复合材料相比,PA66/GF-clay、PA66/GF-clay-P22复合材料的层间剪切强度和动态储能模量(室温25℃下)分别从18.5MPa和3284MPa提高到22.5MPa、24.1MPa和4309MPa、4886MPa。 3.流变曲线和熔融指数结果显示,扁平玻璃纤维增强复合材料的流动性优于传统圆形玻璃纤维增强复合材料,而且玻璃纤维的扁平度越高,复合材料的流动性就越好,制品的表观质量也更高。差示扫描量热分析仪(Differential scanning calorimeter,简称DSC)和SEM结果表明在扁平玻璃纤维表面吸附少量clay+和P22可以不仅可以提高复合材料的起始结晶温度和结晶度,而且可以有效改善玻璃纤维与基体的界面结合。不同电荷的clay+和clay-交替吸附在扁平玻璃纤维表面,吸附的次数越多,粘土在纤维表面包覆的就越均匀,复合材料的力学性能和界面结合性能就越好。与未改性的扁平玻璃纤维增强复合材料相比,吸附一次和三次的改性扁平玻璃纤维复合材料的层间剪切强度分别从17.5MPa提高到21.2MPa和23.8MPa,动态储能模量分别从3147.7MPa提高到3988.0MPa和4629.8MPa。