MC尼龍-無機納米復合材料的制備、結構及性能研究.pdf

1、本論文在詳細評述聚合物／無機納米復合材料和MC尼龍研究進展的基礎上，以提高MC尼龍的力學性能和耐熱性能為主要目標，從MC尼龍／無機納米復合材料的系統(tǒng)設計、無機納米材料的篩選、無機納米材料的制備及表征、無機納米材料的表面改性、MC尼龍／無機納米復合材料的原位分散聚合法制備及表征、MC尼龍／無機納米復合材料的原位分散聚合法制備過程的動力學研究等方面，對MC尼龍／無機納米復合進行了系統(tǒng)的研究。 1、對己內(nèi)酰胺陰離子聚合反應機理進行了詳

2、細的討論，分析了各種工藝因素對MC尼龍陰離子聚合反應過程的影響；對無機納米粒子進行了選擇設計，通過試驗對無機納米材料進行了篩選，結果表明：酸性納米氧化物和兩性納米氧化物對MC尼龍的聚合反應過程都有阻聚作用，選定了納米CaCO<,3>，納米Al<,2>O<,3>和稀土納米氧化物等納米材料作為研究對象；設計出三種合成MC尼龍／無機納米復合材料的原位聚合工藝，并確定了最優(yōu)的合成工藝。 2、用水熱法合成了六種稀土元素(La、Nd、Sm、

3、Gd、Dy、Er)的氫氧化物納米線和氧化物納米線。用XRD、TEM和TG等現(xiàn)代分析手段對其進行了表征，研究了水熱反應條件對產(chǎn)物結構、形貌和大小的影響，確定了水熱法合成稀土氧化物納米線的最優(yōu)工藝，水熱法合成稀土氧化物納米線的最佳工藝條件為：OH<'-1>的濃度為0.1mol·L<'-1>～2mol.L<'-1>，反應時間為4～5h，反應溫度為230～250℃，煅燒溫度為800℃，煅燒時間為2h。 3、用超聲波．水熱偶合法合成了Al

4、OOH納米棒和．Al<,2>O<,3>納米棒，用XRD、TEM和TG等現(xiàn)代分析手段對其進行了表征，研究了水熱反應條件對產(chǎn)物的物相、組成、形貌和大小的影響。結果表明：(1)碳酸銨和硝酸鋁的物質(zhì)的量之比不影響產(chǎn)物的物相，主要影響產(chǎn)物形貌、大小和產(chǎn)率；(2)反應時間和反應溫度對產(chǎn)物的形貌形響不大，主要影響產(chǎn)物的物相、組成和大小；(3)A100H在不同的溫度下煅燒可得到不同物相的納米Al<,2>O<,3>，在600℃，煅燒2h，得到γ-Al<,

5、2>O<,3>，γ-Al<,2>O<,3>的形貌與AlOOH的形貌相似，團聚情況很少；(4)水熱法制備γ-Al<,2>O<,3>納米棒的最佳工藝條件為：碳酸銨和硝酸鋁的物質(zhì)的量之比為1～1.5，反應時間為5h，反應溫度為25℃，煅燒溫度為6000C，煅燒時間為2h。 4、用超聲波．偶聯(lián)劑法對稀土納米氧化物進行表面改性，并用沉降 體積分析，紅外光譜分析和TEM分析等手段對改性效果進行表征，研究了分散介質(zhì)、超聲時間、反應溫度

6、、偶聯(lián)劑的種類及用量等因素對稀土納米氧化物改性效果的影響，并對改性機理進行探討，結果表明：(1)鈦酸酯系列偶聯(lián)劑的改性效果優(yōu)于硅烷偶聯(lián)劑；(2)改性的最佳工藝條件為：分散介質(zhì)為丙酮，溫度為25℃，超聲時間為30～40min，偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZl02，其最佳用量為稀土納米氧化物質(zhì)量的6.5％；(3)稀土納米氧化物主要是通過化學吸附與鈦酸酯偶聯(lián)劑結合的。 5、首次用均勻設計法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術對原位分散聚合法制備MC尼龍／碳

7、酸鈣納米復合材料的聚合工藝進行了優(yōu)化研究，確定了原位分散聚合法制備MC尼龍／碳酸鈣納米復合材料的最優(yōu)工藝條件。原位分散聚合法制備MC尼龍／碳酸鈣納米復合材料的最優(yōu)工藝條件為：納米碳酸鈣的用量為1.O％，催化劑的用量為O.15％，活化劑的用量0.36％，澆注溫度為132℃，模具溫度160℃。 6、用原位分散聚合法制備了MC尼龍／CaCO<,3>納米復合材料，并對其結構和性能進行了表征，研究了納米碳酸鈣的用量對MC尼龍／稀土納米氧化

8、物的結構和性能的影響。結果表明：(1)用原位分散聚合法制備MC尼龍／CaCO<,3>納米復合材料是可行的，CaCO<,3>納米粒子基本上以原生粒子均勻分散到MC尼龍基體中；(2)納米CaCO<,3>對MC尼龍具有增強和增韌雙重效果，MC尼龍／CaCO<,3>納米復合材料的拉伸強度和缺口沖擊強度隨著納米CaCO<,3>用量的增加先增大后減小，而其斷裂伸長率隨著納米CaCO<,3>用量的增加減小。 7、首次用原位分散聚合法制備了一系

9、列MC尼龍／稀土納米氧化物(La<,2>O<,3>、Sm<,2>O<,3>、Nd<,2>O<,3>、Gd<,2>O<,3>、Dy<,2>O<,3>)復合材料，并對其結構和性能進行了表征。結果表明：(1)用原位分散聚合法制備MC尼龍／稀土納米氧化物復合材料是可行的，稀土氧化物納米粒子均勻分散于MC尼龍基體中，團聚情況很少；(2)稀土納米氧化物沒有改變MC尼龍的結晶形態(tài)，但使其的晶格尺寸發(fā)生了一定程度的改變；(3)MC尼龍／稀土氧化物復合材

10、料的力學性能明顯優(yōu)于MC尼龍的力學性能，稀土納米氧化物對MC尼龍同時具有增強和增韌雙重效果；(4)不同種類的稀土納米氧化物對MC尼龍的熱穩(wěn)定性影響不同，復合材料的熱穩(wěn)定性隨著稀土納米氧化物用量的增加而增大；(5)研究了稀土納米氧化物的用量對MC尼龍的結構和性能的影響，結果表明：當稀土納米氧化物用量小于1％時，稀土納米氧化物均勻分散于MC尼龍基體中，團聚情況很少，當稀土納米氧化物的用量大于1％后，團聚情況較嚴重；復合材料的拉伸強度、斷裂伸

11、長率、缺口沖擊強度、彎曲強度和彎曲模量隨著稀土納米氧化物用量的增加都呈先升后降的趨勢；(6)對稀土納米氧化物對MC由尼龍的增強增韌機理進進行了探討，結果表明：稀土氧化物納米粒子與MC尼龍分子之間的作用力既有物理作用也存在化學鍵，稀土氧化物納米粒子在MC尼龍基體中起到物理化學交聯(lián)點的作用，因而可顯著提高MC尼龍的綜合性能。 8、用原位分散聚合法制備了一系列MC尼龍／Al<,2>O<,3>納米復合材料，并對其結構和性能進行了表征，研

12、究了納米Al<,2>O<,3>的用量對MC尼龍／稀土納米氧化物的結構和性能的影響。結果表明：(1)用原位分散聚合法制備MC尼龍／Al<,2>O<,3>納米復合材料是可行的，Al<,2>O<,3>納米粒子均勻分散于MC尼龍基體中，團聚情況很少；(2)納米Al<,2>O<,3>的加入可改善MC尼龍的力學性能，對MC尼龍具有增強和增韌的雙重效果；(3)納米Al<,2>O<,3>的加入使MC尼龍／Al<,2>O<,3>納米復合材料起始階段的分解

13、溫度略有降低。 9、首次用非等溫反應動力學方法對MC尼龍制備和MC尼龍／稀土納米復合材料制備過程的反應動力學進行了研究，設計了一種測定MC尼龍制備和MC尼龍／稀土氧化物納米復合材料制備過程溫度與時間關系曲線的方法，用非等溫反應動力學方法中的微分法對數(shù)據(jù)進行處理，用多元回歸法確定其表觀動力學參數(shù)。結果表明：(1)MC尼龍和MC尼龍／稀土氧化物納米復合材料制備過程的動力學特征基本相似，是一個并行的聚合／結晶過程；(2)稀土納米氧化物