尼龙6纳米复合材料研究进展

综述近年来国内外尼龙6(PA6)纳米复合材料的研究现状。基于各种不同制备方法,将其分为PA6／聚合物分子复合材料、PA6／无机层状物纳米复合材料和PA6／其它无机纳米粒子复合材料三类;重点介绍了这三类PA6纳米复合材料的性能、制备等的研究进展。     

蒙脱土(MMT)/PA纳米复合材料的制备与性能研究

用熔融插层法制备 MMT/PA纳米复合材料 ,先合成有机改性蒙脱土 ,再将 PA6和 PA66分别与改性 MMT共混制成纳米复合材料。表征了其结构和力学性能 ,观察了 MMT/PA6和 MMT/PA66纳米复合材料的阻燃特性。发现纳米 MMT也能将 PA66的冲击强度提高近 50 % ,并能提高 PA6的 LOI,与其他阻燃剂起协同效应     

改性纤维素纳米晶对聚酰胺6结晶行为的影响

通过表面基团反应制备了异氰酸酯改性纤维素纳米晶（IPDI?CNC),将其与聚酰胺6（PA6）共混后研究了有机纳米晶对PA6结晶行为的影响。利用差示扫描量热仪（DSC）对比分析了纤维素纳米晶（CNC）和IPDI?CNC对PA6的结晶度、结晶动力学参数及结晶速率的影响。结果表明,由于IPDI的引入,IPDI?CNC在PA6中的分散性更好,可以有效提高PA6的结晶度;采用 Jeziorny法研究非等温结晶过程,发现IPDI?CNC起到了异相成核作用,提高了PA6的结晶速度和结晶度;由于PA6的结晶能力提高了,IPDI?CNC的加入使PA6的吸水率降低了71.4 %。     

固相剪切碾磨制备PA6/蒙脱土纳米复合材料

采用固相剪切碾磨方法制备尼龙6/蒙脱土(PA6/MMT)纳米复合材料。表征了复合材料的结构,研究了其力学性能、热稳定性能及结晶性能。结果表明,PA6/MMT纳米复合材料的力学性能较PA6有较大提高,含4%MMT的PA6/MMT纳米复合材料的拉伸弹性模量从2697 MPa提高到3299 MPa,拉伸强度从63.6 MPa提高到77.8MPa;起始分解温度和最大失重温度均高于纯PA6;PA6/MMT纳米复合材料中PA6的结晶温度和结晶速率提高。     

纳米碳酸钙改性PA6性能的研究

采用纳米CaCO_3与尼龙(PA)6共混,制备纳米CaCO_3改性PA6材料。研究纳米CaCO_3含量对改性PA6性能的影响,并对其进行了傅立叶变换红外光谱(FTIR)表征。结果表明,随着纳米CaCO_3含量的增加,改性PA6材料的硬度、弯曲强度、热变形温度有了提高,尺寸稳定性有所改善,拉伸和冲击性能有所下降,对于不同含量的纳米CaCO_3改性PA6材料,表现在FTIR谱图上的差异并不明显。     

PA6/粘土纳米复合材料的流变性能

采用毛细管流变仪测定了原位聚合的 PA6/粘土纳米复合材料及 PA6的流变性能。结果表明 :在实验条件下 ,纳米 PA6属于假塑性流体 ,其非牛顿指数小于 PA6。在 2 40℃时 ,当剪切速率大于660 s-1时 ,纳米 PA 6的表观粘度小于 PA6,且随粘土含量的增加而逐渐降低。当剪切速率小于 932 s-1时 ,纳米 PA6的粘流活化能大于 PA6,说明纳米 PA6对温度更敏感     

PA6/无机纳米复合材料的力学性能研究

通过熔融共混法制备了尼龙6(PA6)/SiO2包覆纳米CaCO3、PA6/纳米SiO2、PA6/纳米CaCO3复合材料,对其力学性能进行比较分析研究.结果表明,3种纳米复合体系的力学性能与纯PA6相比都有不同程度的提高.三者相比较,PA6/SiO2包覆纳米CaCO3体系的力学综合性能最优,当SiO2包覆纳米CaCO3的添加量为0.5份时,缺口冲击强度提高了13%,断裂伸长率提高了169%,拉伸强度和弯曲弹性模量也有所提高.另外,差示扫描量热法(DSC)研究发现,无机纳米粒子对PA6的结晶性能影响不大.     

电梯工况下纳米Al2O3对PA6耐磨损性能的影响

以聚酰胺6(PA6)为电梯靴衬材料,制备了PA6/纳米Al2O3复合材料。在电梯工况下研究纳米Al2O3含量对复合材料磨损性能的影响,并探讨纳米Al2O3对PA6的作用机理。结果表明,在电梯工况下随着试验时间的延长,PA6/纳米Al2O3复合材料摩擦因数经历了先急剧增大后迅速减小再平缓的变化过程;随着纳米Al2O3含量的增加,复合材料的摩擦因数和磨损量表现为先减小后增加的变化;当纳米Al2O3含量为4%时,其减摩耐磨效果最为显著,对应的摩擦因数和磨损量分别比纯PA6降低23.5%和84.3%;复合材料的磨损行为与纳米Al2O3含量有关,纯PA6磨损形式主要是磨粒磨损和黏着磨损并存,随着纳米Al2O3含量的增加,复合材料经历了磨粒磨损先增强后减弱和黏着磨损先减弱后增强的变化过程。     

关于纳米蒙脱土影响聚己内酰胺结晶行为及流变行为的研究

通过双螺杆挤出机熔融挤出生产有机改性纳米蒙脱土(MMT)增强聚己内酰胺(PA6)。使用差示扫描量热仪开展自成核试验及非等温结晶行为研究,了解纳米MMT含量对PA6结晶行为的影响,结果表明：少量的纳米MMT可以明显提高成核效率和结晶速率,但继续增加纳米MMT会抑制PA6结晶生长,降低结晶速率和结晶度。使用广角X射线衍射仪研究PA6的结晶行为,结果表明：纯PA6同时存在α及γ晶型,添加纳米MMT的PA6发生α-γ晶型转变,证实纳米MMT与PA6的作用可以改变PA6的结晶行为。使用毛细管流变仪分析纳米MMT含量对PA6熔体受剪切时流变行为的影响,结果表明：纳米MMT含量影响PA6熔体的黏度及非牛顿流体特征,尤其是高纳米MMT含量的PA6在不同剪切速率下表现出明显的黏度变化。     

纳米OMMT对PA6/PET共混体系结晶性能的影响

采用熔融共混法,以PA6/PET(30/70)和PA6/PET(70/30)合金为研究对象,利用差示扫描量热法(DSC)探讨纳米有机OMMT对PA6/PET共混物结晶性能的影响,结果表明:PA6/PET共混物中,PA6相和PET相均能各自结晶,且PA6相阻碍PET相的结晶,而PET相对PA6相的结晶性能没有影响。引入纳米OMMT后,体系中PA6相和PET相的结晶温度均降低,并缩短半结晶时间,加剧两组分结晶温度对降温速率的依赖性。用莫志深方法处理纯PA6/PET共混物和PA6/PET/OMMT纳米复合材料的非等温结晶动力学,结果表明:在PA6/PET(30/70)共混体系中引入纳米OMMT后,F(T)值均增大,而在PA6/PET(70/30)共混体系中引入纳米OMMT,F(T)值减小。     

钛酸酯偶联剂改性纳米ZnO制备MC尼龙6/ZnO复合材料

用钛酸酯偶联剂改性纳米ZnO制备MC尼龙6/纳米ZnO复合材料。当纳米ZnO加入量为2%时,MC尼龙6/纳米ZnO复合材料力学综合性能最优,与纯MC尼龙6相比,其拉伸强度提高28.4%,断裂伸长率提高152.7%,弯曲模量提高30.2%,冲击强度提高60.5%。从SEM分析可见,ZnO在MC尼龙6中分布均匀,达到纳米级分散;从XRD分析可见,纳米ZnO没有改变MC尼龙6的结晶形态。     

硅烷偶联剂对ZnO/PA6复合材料力学性能的影响

以硅烷偶联剂KH550和KH560为改性剂对ZnO粉体进行表面改性,KH550带有氨基团,KH560带有环氧基团,通过HAAKE双螺杆混合机制备ZnO/PA6复合材料。红外光谱证实改性后两种偶联剂均与ZnO表面发生了化学键和;结果表明经偶联剂改性的氧化锌比未改性的氧化锌能更好的提高PA6的拉伸强度,而且在ZnO的添加量为2%～3%时对PA6力学性能的改善达到一个最佳效果。     

原位聚合法制备聚酰胺6/ZnO纳米复合材料及性能研究

以Zn_2(OH)_2CO_3为填料,采用原位聚合法制备聚酰胺6/ZnO纳米复合材料。利用TEM、XRD、TGA、DSC、POM测试了纳米ZnO的粒径和分散性能,以及复合材料的结晶性能、热稳定性能。结果显示,Zn_2(OH)_2CO_3在聚酰胺6聚合体系中能够原位生成纳米ZnO,并均匀分散于聚酰胺6基体材料中。纳米ZnO在聚酰胺6基体材料中具有异相成核作用,提高了聚酰胺6的结晶度,然而对基体材料分子链运动的阻碍作用降低了结晶速率和晶体尺寸。通过万能拉力试验机、冲击试验机和高速环块摩擦试验机研究了纳米ZnO对聚酰胺6基体材料的力学性能和摩擦学行为。当纳米ZnO的含量为0.2%时,拉伸强度和冲击韧性较纯聚酰胺6提高了75%,摩擦学行为也有较好的改善作用。     

抗静电尼龙6/氧化锌晶须复合材料结构及性能研究

用熔融共混法制备出尼龙6(PA6)／氧化锌晶须(ZnOw)复合材料，测试了PA6／ZnOw复合材料的电性能和力学性能，分析了影响机理，并借助傅立叶转换红外光谱(FT-IR)对复合材料的结构进行了表征。结果表明，随着ZnOw用量的增加，复合材料的表面电阻率和体积电阻率明显下降，下降幅度达到4个数量级；拉伸强度和硬度有所降低，而冲击强度出现先升后降的趋势。红外谱图显示，表面经处理过的ZnOw与尼龙基体发生了相互作用。     

偶联剂对nano-ZnO/HDPE复合材料性能的影响

通过熔融共混法制备出不同硅烷偶联剂(KH550,KH560)改性的nano-ZnO/HDPE复合材料,并考察了偶联剂及ZnO含量对复合材料性能的影响。结果表明:改性nano-ZnO对HDPE基体起到了明显的增强增韧的效果,当改性nano-ZnO含量为0.2%～0.5%时,复合材料的力学性能最好。此外,nano-ZnO在HDPE中起异相成核剂的作用,从而使体系的熔融温度、结晶温度和结晶度升高。经KH560处理的nano-ZnO/HDPE复合材料的力学性能和结晶性能均优于经KH550处理的nano-ZnO/HDPE复合材料的性能。     

主链含亲水基团的聚氨酯/改性纳米ZnO复合膜的制备与性能

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚酯二元醇、二羟甲基丙酸(DMPA)、硅烷偶联剂改性纳米ZnO等为原料,通过阴离子自乳化法制备了一系列聚氨酯/改性纳米ZnO复合膜。主要研究了纳米ZnO含量对复合膜的力学性能、耐摩擦性能和耐水性能的影响。结果表明:当偶联剂用量为5%、反应温度为70℃、搅拌时间为2h时,纳米ZnO改性效果最好;当改性纳米ZnO含量为0.5%时,复合膜具有良好的综合性能。     

氧化锌/辉沸石复合光催化材料的制备及其性能

以七水硫酸锌为前驱体,天然辉沸石为载体,以直接沉积法制备了纳米氧化锌/辉沸石复合材料。结合XRD、BET和SEM等表征手段对样品的物相组成、孔结构特性及微观形貌做了检测分析,并且探究了不同氧化锌负载量及煅烧温度对纳米氧化锌/辉沸石复合材料降解亚甲基蓝性能的影响规律。结果表明：复合材料实现了六方铅锌矿相氧化锌与辉沸石的紧密复合与有效分散,且该复合结构能够有效抑制光生载流子的复合,改善材料的吸附性能,进而提高材料的光催化效率;当复合材料中氧化锌负载量为30%（氧化锌与沸石的质量比）、煅烧温度为300 ℃时,材料对亚甲基蓝的光催化性能最优。     

UV老化对ZnO填充PA6/LGF复合材料性能的影响

用熔融共混法制备出长玻璃纤维(LGF)含量为30%的LGF增强尼龙6(PA6)/ZnO(PA6/LGF/ZnO)复合材料,并采用氙灯紫外(UV)老化法研究了ZnO含量为0%~8%及UV老化时间为0~800 h对复合材料力学性能和结晶性能的影响。结果表明,经UV辐照后,PA6/LGF/ZnO复合材料的拉伸强度升高,韧性下降,其中当ZnO添加量为6%时,复合材料在800 h老化后的拉伸强度和缺口冲击强度保留率较未添加ZnO的复合材料分别提高了5.39%和4.98%。SEM分析表明在UV老化过程中,LGF与PA6基体之间的界面并未受到明显破坏,老化主要集中发生在PA6基体上。随着老化时间的延长,PA6/LGF复合材料中的PA6出现UV交联而使其结晶度从26.19%降低至20.70%;对于ZnO含量为6%的PA6/LGF/ZnO复合材料,老化800 h后其结晶度仅从22.92%下降至21.34%,PA6/LGF/ZnO复合材料整体上的结晶性能趋于稳定。     

Thermo-mechanical properties of high density polyethylene with zinc oxide as a filler

This study investigates the microstructural, thermal, and mechanical behavior of high density polyethylene (HDPE)-based composites prepared using compression molding technique. HDPE was mixed with either micro-size zinc oxide (bulk ZnO) or zinc oxide nanoparticles (nano-ZnO) as fillers’ contents at 0, 10, 20, 30, and 40 wt%. The structural, morphological, and thermal properties of the composites were identified using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR), and thermal gravimetric analysis (TGA). The results showed good dispersion and interaction mechanisms between HDPE and the fillers at low weight percentage. The thermal stability of HDPE was enhanced by adding both bulk and nano-ZnO, especially for higher filler loading. Tensile tests at different speeds and Vickers microhardness tests conducted at different indentation loads (0.25–5 N) at t = 60 s were performed to realize how the mechanical properties of the composites were influenced. The values of stiffness, ultimate tensile strength, and yield stress increased by increasing the filler loading to 20 wt% of either bulk ZnO or nano-ZnO. The values of ultimate tensile strain and ductility were deteriorated by increasing the filler loading. Nano-ZnO, at 20 wt% content in composite, showed higher mechanical properties than bulk composite, so it has been recommended for a better tensile performance at higher strain rates. Vickers microhardness measurements showed that the tested samples exhibited reverse indentation size effect (RISE) behavior. The obtained results were analyzed using Meyer’s law which was a preferred approach for analysis of HDPE/ZnO composite.     

PE⁃g⁃MAH对聚酰胺6/导电炭黑复合材料性能的影响

采用马来酸酐接枝聚乙烯（PE-g-MAH）以同时提高聚酰胺6/导电炭黑（PA6/CB）复合材料的抗静电性能和韧性,利用双螺杆挤出机和注射成型机制备了系列PA6/CB、PA6/PE-g-MAH和PA6/PE-g-MAH/CB复合材料,并通过扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪 （DSC） 等观察和表征了材料的形貌和结晶性能,测试了材料的力学性能和抗静电性能。结果表明,添加7.5 %（质量分数,下同）的CB后PA6韧性显著降低,CB对PA6结晶有异相形核作用;PE-g-MAH与PA6有较好的相容性,PE-g-MAH韧相能均匀分散在PA6和PA6/7.5 %CB中;添加PE-g-MAH后可提高CB在PA6中的分散性,改变CB的选择性分布,提高PA6/PE-g-MAH/7.5 %CB三元复合材料的电导性能;添加PE-g-MAH还可显著提高PA6和PA6/CB7.5 %的冲击强度和断裂伸长率;添加少量PE-g-MAH能促进复合材料中PA6的结晶。