原位聚合法制备连续玻璃纤维增强尼龙6复合材料的改性和性能

尼龙6(PA6)树脂具有优异的性能,其连续纤维复合材料在汽车、航空航天领域具有广泛应用。但是PA6树脂熔融后黏度较高,不易对连续纤维充分浸渍,并且连续纤维与PA6的复合材料界面黏附性较差,限制了其复合材料的性能和应用。针对这些问题,文中对连续玻璃纤维增强尼龙6(CGF/PA6)复合材料开展了研究。首先,采用阴离子开环聚合制备PA6,确定了其最佳制备工艺;其次,用硅烷偶联剂KH550(AP)对连续玻璃纤维（CGF）进行改性,并对其进行了红外光谱表征;最后,通过原位聚合法制备了CGF/PA6复合材料,研究了AP改性对CGF/PA6复合材料力学性能的影响,并对CGF/PA6复合材料的拉伸断口进行了扫描电镜分析。结果表明,AP被键合到了CGF表面,AP改性可以增强CGF/PA6复合材料的界面黏附性,从而使CGF/PA6复合材料的拉伸强度得到改善,当AP用量为2%时,CGF/PA6复合材料的拉伸强度高达88.52 MPa,此时,复合材料的断裂伸长率最低,为4.90%。CGF/PA6复合材料的冲击强度变化不大,均在50 k J/m2左右,说明复合材料的韧性受CGF表面改性影响较小。     

纳米SiO2含量对尼龙6/SiO2纳米复合材料蠕变性能的影响

通过原位聚合法制备了尼龙6/SiO2纳米复合材料。利用扫描电镜观测了复合材料的表面形貌,结果表明,纳米SiO2颗粒均匀地分布在尼龙6基体中。利用电子万能试验机对不同纳米SiO2含量的复合材料进行了短期(24 h)蠕变性能的测试,结果表明,随着纳米SiO2含量的增加,复合材料的抗蠕变性能也随着增大;在30 MPa、40 MPa和50 MPa的应力水平下,纳米SiO2含量为5%的纳米复合材料的蠕变应变分别比纯尼龙6降低了38.4%、61.0%和71.9%。     

原位聚合法制备PA6/SiO2纳米复合材料

以正硅酸乙酯(TEO S)为前驱体,环氧丙基三乙氧基硅烷(W D-60)为改性剂,经原位聚合制备PA 6/S iO2纳米复合材料。利用端基滴定、力学性能测试、DSC、SEM、AFM等手段对材料的结构和性能进行研究。结果表明,经原位改性的S iO2纳米粒子在PA 6基体中分散均匀;与纯PA 6相比,复合材料的平均分子量下降,结晶速度明显加快,结晶度略有降低,材料的力学性能随S iO2加入量的增加而有一定的提高。     

复合涂层对玻璃纤维增强尼龙6复合材料界面性能的影响

为了获得界面性能优异的玻璃纤维增强尼龙6复合材料,利用含有聚多巴胺(PDA)和六方氮化硼(h-BN)的复合涂层对玻璃纤维进行表面改性处理,制备出玻璃纤维增强尼龙6复合材料(GF/PA6)。采用XRD、XPS、SEM、接触角测量仪对玻璃纤维晶型结构、化学结构、表面形貌和粗糙度进行表征。同时考察了h-BN的不同添加量对复合材料力学性能、热稳定性能、动态热机械性能和结晶性能的影响。结果表明：经过改性处理的玻璃纤维表面被均匀的复合涂层所覆盖,显著增加了玻璃纤维的表面粗糙度、表面活性和化学键能,大大提高了玻璃纤维与尼龙6树脂基体之间的界面啮合作用,且复合涂层的加入能够诱导PA6晶型由γ晶型转变为α晶型,h-BN含量为0.75%时的复合材料力学性能达到最高,拉伸强度达到129.8 MPa,相比改性前提高了79.2%,弯曲强度达到194.8 MPa,相比改性前提高了32.2%。储能模量达到1 742 MPa,相比改性前提高了69.9%。     

原位聚合法制备尼龙6复合材料的研究进展

综述了近年来国内外尼龙6原位复合材料的研究进展.基于改性剂的不同,将其分为无机纳米粒子/尼龙6原位复合材料、有机高分子聚合物/尼龙6原位复合材料和碳纳米管/尼龙6原位复合材料.重点介绍了这三类复合材料的力学性能和耐热性能.     

纳米SiO2的均匀分散及其对MC尼龙6晶型结构及晶型转变的影响

通过阴离子开环聚合法制备纳米二氧化硅(Si O2)/MC尼龙6原位复合材料,采用透射电子显微镜(TEM)对纳米粒子在基体中的分散行为进行表征,结果表明Si O2约以30～70nm左右的尺寸均匀分散在基体中。广角X射线衍射(WAXD)结果表明,纯MC尼龙6及其原位复合材料均呈现典型尼龙6的α晶型衍射峰,纳米Si O2的引入在MC尼龙6结晶过程中削弱了大分子链在c轴的取向。液氮淬冷样品经退火处理后的WAXD结果表明,纳米Si O2和MC尼龙6之间的相互作用阻碍了大分子链段的运动,从而使得γ晶型向α晶型的转变速率降低。     

尼龙6/纳米TiO2及尼龙6/纳米Al2O3原位复合材料的性能

通过原位复合的方法合成了尼龙6／纳米TiO2和尼龙6／纳米Al2O3复合材料，并对材料的力学性能、动态力学行为和光氧化降解行为进行了初步的探讨。结果表明，经钛酸酯偶联剂表面处理的纳米TiO2和纳米Al2O3的加入，可以在一定程度上同时提高尼龙6基体的强度和韧性。此外，氙灯老化实验和XPS测试结果表明，尼龙6／纳米TiO2复合材料具有良好的耐光氧老化降解能力。     

PPO/PA6纳米共混物的制备及结构表征

采用一种新的制备PPO／PA6共混物的方法，从己内酰胺（CL）单体出发，在聚苯醚（PPO）存在下阴离子开环聚合己内酰胺，由于其中一部分PPO主链上接枝了活性苯酯基团，能促进PA6链在其上增长，从而同时形成了PA6均聚物与PPO—g—PA6接枝共聚物，实现了原位聚合与原住增容的同步实施，并用SEM对其微观相形态结构进行了研究，控制共混条件可制备PA6纳米分散的PPO／PA6共混物。     

苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6复合材料的制备及性能研究

以己内酰胺为单体,经热处理的苎麻纤维(RF)为增强材料,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)成功制备了苎麻纤维增强原位阴离子聚合尼龙6(APA6)复合材料。主要研究了热处理前后苎麻纤维表面官能团、结晶性能、力学性能和微观形貌的变化,并对复合材料的冲击断面、力学性能和热性能进行了考察。研究表明:当热处理温度为280℃时,苎麻纤维表面的羟基数量显著减少,结晶度略有降低,拉伸强度和模量有所下降,但苎麻纤维的形貌未有明显变化。RF/APA6复合材料中苎麻纤维与树脂的界面结合良好,与APA6相比,复合材料的拉伸强度略有提高,拉伸模量和弯曲性能得到明显提升,同时热稳定性显著提高。     

聚甲亚胺改性尼龙6复合材料的等温结晶动力学

采用差示扫描量热法（DSC）对聚甲亚胺（PAM）/尼龙6复合材料等温结晶过程进行了研究。结果表明，PAM的加入使得基体的结晶速率增大，尤其是当含量为5%时，半结晶期明显减少。研究还发现，该体系的等温结晶过程完全可以用Avrami方程来描述，各试样的Avrami指数均在2-3之间，表明Avrami指数，球晶生长方式基本不受聚甲亚胺加入的影响。基体中原位形成的聚甲胺微纤起到了诱导结晶的作用，使得基体的结晶速率加快，但随着微纤含量的增加，由于分散性能变差而使得诱导结晶的能力减弱，表现为结晶速率又有所降低。     

多单体接枝聚丙烯对干态和湿态玻纤增强尼龙6性能的影响

通过熔融共混法,加入自制的多单体接枝聚丙烯(PP-g-MAH-EP)制备尼龙6(PA6)/玻璃纤维(GF)/PP-g-MAH-EP复合材料。研究了PP-g-MAH-EP对复合材料吸水前后静态和动态力学性能的影响,并通过扫描电镜与原子力显微镜分析试样断面微观形貌及微观力学性质的变化。结果表明,PA6/GF/PP-g-MAH-EP复合材料的吸水率随着PP-g-MAH-EP含量的增加逐渐降低,即PP-g-MAH-EP的加入能有效抑制PA6/GF复合材料的吸水率;在干态及相同吸水条件下,PA6/GF/PP-g-MAH-EP复合材料的力学性能明显优于PA6/GF。与PA6/GF相比,当PP-g-MAH-EP加入20 phr时,复合材料综合力学性能最好。PP-g-MAH-EP的加入,有效改善了纤维与尼龙6基体界面的粘接,吸水后的基体树脂在探针作用下的形变量明显降低。     

玻纤增强尼龙6的断裂研究

通过对不同玻纤含量的玻纤增强尼龙复合材料(GFPA)的性能及断口形貌的研究,得出GFPA的宏观力学性能的变化可由断面形貌特征来定量表征。拉伸强度随拉伸断口断面平坦区面积与断面总面积之比AP/A0的变小而提高,Izod缺口冲击强度随GFPA的断面粗糙度参数RS的提高而线性提高。断面形貌的变化与玻纤在基体树脂中的应力集中作用及对裂纹扩展的阻碍作用有关。     

MC尼龙6/Kevlar纤维复合材料的动态流变性能

利用应力熔体流变仪研究了MC尼龙6及MC尼龙6/Kevlar纤维(KF)复合材料的动态流变性能。结果表明,随着剪切频率ω的增加,MC尼龙6及其复合材料熔体的动态黏度η′均减小,储能模量G′和损耗模量G″均增大;随着纤维用量的增加,MC尼龙6的熔体黏度呈增加的趋势;低频率时,纯MC尼龙6熔体以粘性流动为主,高频率时,熔体以弹性流动为主;加入纤维后,复合材料的熔体以粘性流动为主,且不同纤维含量的复合材料有着相似的G′~ω和G″~ω。这些结论也可由lgG′~lgG″关系图得到。     

酰胺链硅烷界面结合剂对尼龙66/玻纤复合材料性能的影响

采用熔融挤出共混制备了尼龙66(PA66)/玻璃纤维(GF)复合材料,比较了常用硅烷偶联剂KH550与不同有机酸封端的酰胺链硅烷界面结合剂(ASI)对复合材料的力学性能、动态力学性能及界面层结构的影响,探究了复合材料中界面层形成的机理。结果表明,ASI与玻纤表面反应发生了化学反应,ASI添加量为1.5%时,对PA66/GF复合材料的力学性能改善效果最明显,其中,以对苯二甲酸封端,相对分子质量为2000左右的PTA-ASI使PA66/GF复合材料的界面能力提升最高,拉伸强度提高了54.8%,复合材料的综合性能提高最为显著。     

聚(苯乙烯-丙烯酰胺)/蒙脱土核壳结构增强尼龙6

通过乳液聚合制备了以蒙脱土为核、聚苯乙烯为次外层、聚丙烯酰胺为外层的新型聚(苯乙烯-丙烯酰胺)/有机蒙脱土核壳结构,通过熔融共混法制备了该核壳结构与尼龙6的改性材料。该核壳结构的微观形态得到表征并研究了改性尼龙6的力学性能。结果表明,核壳结构中蒙脱土片层已经完全剥离,聚苯乙烯成功插入蒙脱土片层,聚丙烯酰胺成功接枝到核壳结构表面,形成了预期的P(St-AM)/OMMT纳米复合核壳结构。该核壳结构能显著提高尼龙6工程塑料的力学性能,其中弹性模量提高2.04倍,弯曲模量提高7.87倍。     

尼龙66及其复合材料的热分解动力学

使用热重分析仪测定尼龙66(PA66)和两种不同玻纤增强尼龙66复合材料(GF/PA)的热分解曲线,用Kissinger法和Crane法研究了PA66和GF/PA的热分解动力学。结果表明:PA66、GF/PA-1和GF/PA-2的热分解反应级数分别为0.949、0.912和0.921,表明均为一阶热分解过程;热分解活化能分别为218.65 kJ/mol、121.81 kJ/mol和132.23 kJ/mol,表明玻纤的加入显著降低了PA66的热分解活化能。在加热速率相同的条件下两种GF/PA达到最大热分解速率的温度都比PA66的低,表明玻纤虽然改善了PA66的性能,但是加快了PA66的热分解过程,说明存在着“灯芯效应”。     

碳纤维增强尼龙复合材料渗透模型的研究

建立了热塑性树脂熔体渗透浸渍纤维的理论模型,由此表征了工艺参数、熔体黏度和纤维结构对浸渍时间的影响规律.结果表明,熔融尼龙树脂复合材料的理论纤维体积率很难达到70%以上.采用原位聚合方法能使尼龙树脂熔体黏度降低几个数量级,并能提高树脂基体熔体对纤维的浸渍效率.     

Si粉对SiO_2凝胶/铝硅纤维复合材料性能的影响

采用浸渍法制备SiO_2凝胶/铝硅纤维复合材料。研究Si粉质量分数为0%,0.2%,0.4%,0.6%和0.8%时,SiO_2凝胶/铝硅纤维复合材料的微观形貌、体积密度、回弹率和物相组成。结果表明:Si粉质量分数低于0.6%时,其氧化产生的体积膨胀填补了纤维与凝胶间的裂纹,体积密度由0.468g/cm~3增大到0.723g/cm~3,回弹率由43.1%升高为59.6%,并且Si粉高温下的结晶化抑制了纤维析晶和促进了辉石的生成,这是材料的力学性能提高及高温损坏程度降低的重要原因;Si粉质量分数为0.8%时,高温下的Si粉产生了过分的体积膨胀,导致复合材料内部出现较大裂纹,压缩回弹率降低为44.5%。