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PA6彈性體OMMT復合材料的性能研究論文
聚酰胺6(PA6)工程塑料的生產(chǎn)主要其集中在發(fā)達國家，大部分是大型石化和化工綜合企業(yè)，如美國的Dupont、Ticona公司，歐洲的BASF、DSM、Radicl塑料、Honywell公司，以及日本的宇部興產(chǎn)、東麗、三菱瓦斯化學(xué)公司等。這些公司生產(chǎn)規模大、產(chǎn)品性能好、技術(shù)開(kāi)發(fā)能力強，每年均有大批新牌號進(jìn)入市場(chǎng)。目前，國內PA6的生產(chǎn)能力及技術(shù)水平雖不斷增長(cháng)，但改性PA6的產(chǎn)業(yè)化程度還有所不足，產(chǎn)品種類(lèi)、性能均遠不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的要求，因此我國每年仍需進(jìn)口大量PA6樹(shù)脂及其改性品種。因此，開(kāi)發(fā)新型高性能改性PA6產(chǎn)品已成為當務(wù)之急。
為此，本研究將PA6、三元乙丙橡膠/三元乙丙橡膠接枝馬來(lái)酸酐(EPDM/EPDM-g-MAH)彈性體和有機蒙脫土(OMMT)進(jìn)行三元復合，使EPDM的韌性和蒙脫土的剛性相結合，以同時(shí)提高PA6的韌性、模量和拉伸強度，從而得到綜合性能更加優(yōu)良的材料，同時(shí)進(jìn)一步探討蒙脫土增強增韌理論。
1.1 原料
OMMT，DK2，浙江豐虹粘土化工有限公司；
PA6，1013B，日本宇部興產(chǎn)株式會(huì )社；
EPDM，4045，中國石油吉林石化公司；
EPDM-g-MAH，F410，寧波能之光有限公司；
二甲苯，分析純，市售。
1.2 儀器與設備
塑料注塑成型機，SZ-100/80，上海塑料機械廠(chǎng)；
萬(wàn)能制樣機，ZHY-W，河北承德試驗機總廠(chǎng)；
同向雙螺桿擠出機，SHJ-36，南京誠盟化工機械有限公司；
微機控制電子萬(wàn)能試驗機，CMT6104，深圳市新三思材料檢測有限公司；
懸臂梁沖擊試驗機，XJU-22，承德試驗機有限責任公司；
掃描電子顯微鏡(SEM)，S-530，日本日立公司；
X射線(xiàn)衍射儀(XRD)，D8 ADVANCE，德國B(niǎo)ruker公司。
1.3 樣品制備
將干燥處理過(guò)的PA6、彈性體(EPDM/EPDM-g-MAH)、OMMT按一定比例混合后，利用雙螺桿擠出機熔融共混(機筒溫度205~230℃，螺桿轉速90 r/min)，經(jīng)造粒得到PA6/彈性體/OMMT共混粒料，其中PA6/彈性體=80/20。所得粒料經(jīng)干燥后采用注塑成型機制成標準測試樣條。
1.4 性能測試與表征
XRD測試：采用X射線(xiàn)衍射儀測定OMMT片層間距的變化和OMMT用量對PA6晶型的影響。Cu靶Kα輻射源，石墨單色器；管電壓40 kV，管電流30 mA；連續掃描記譜，掃描速度1℃/min，掃描范圍0.5~6°。
力學(xué)性能測試：沖擊強度按GB 1834—1980進(jìn)行測試；拉伸強度和斷裂伸長(cháng)率按GB/T 1040—1992進(jìn)行測試，標準距離25 mm，拉伸速度50 mm/min；彎曲強度和彎曲模量按GB/T 9341— 2000進(jìn)行測試，試驗速度1 mm/min，試樣長(cháng)度120 mm，支點(diǎn)間距48 mm，規定撓度8 mm。
SEM觀(guān)察：將沖擊樣條斷面常溫下噴金處理后，利用掃描電子顯微鏡觀(guān)察斷面微觀(guān)形貌；將沖擊樣條在液氮中浸泡2 h后取出脆斷，然后將脆斷面在沸騰的二甲苯中刻蝕2 h，噴金處理后利用掃描電子顯微鏡觀(guān)察刻蝕斷面微觀(guān)形貌。
2 結果與討論
本研究利用X射線(xiàn)衍射儀研究了OMMT片層在PA6基體中的分散狀態(tài)，圖1為OMMT、PA6及PA6/OMMT復合材料的XRD曲線(xiàn)。從圖1可以看出，OMMT在2θ為2.85°處出現衍射峰，根據X射線(xiàn)衍射條件及Bragg方程計算出對應的層間距為3.096 nm。OMMT與PA6通過(guò)熔融插層法共混后，所得復合材料的特征峰中出現OMMT衍射峰。當OMMT用量為2%時(shí)，復合材料在2θ為2.02°處出現OMMT衍射峰，其強度相對純OMMT明顯減弱，衍射曲線(xiàn)變得比較平緩，且衍射峰向小角度方向偏移，其對應的OMMT 層間距為4.368 nm，表明此時(shí)形成了插層型復合材料。當OMMT用量為5%時(shí)，復合材料的OMMT衍射峰幾乎消失，這表明此時(shí)OMMT片層在PA6基體中剝離，即得到了剝離型復合材料。
2.1 OMMT用量對PA6/彈性體/OMMT復合材料微觀(guān)形態(tài)結構的影響
為了更進(jìn)一步研究OMMT用量對PA6/彈性體/OMMT復合材料形態(tài)結構的影響，本研究將復合材料低溫脆斷，并采用二甲苯對脆斷面進(jìn)行刻蝕。由于彈性體能溶于二甲苯，而OMMT和PA6則不溶，因此復合材料刻蝕斷面SEM照片(如圖6所示)中的孔洞為刻蝕 彈性體后所留下的，其直觀(guān)地反映了彈性體在PA6基體中的形態(tài)結構分布。
3 結論
(1)當OMMT用量為2%時(shí)，PA6分子插層進(jìn)入到OMMT片層中，當OMMT用量增至5%時(shí)則得到剝離型復合材料。
(2)隨著(zhù)OMMT用量的增加，PA6/彈性體/OMMT復合材料的沖擊強度先增大后減小，其中當OMMT用量為2%時(shí)復合材料的沖擊強度出現極大值(54.29kJ/m2)，是純PA6(4.15 kJ/m2)的13.08倍。隨OMMT用量的增加，復合材料的拉伸強度、彎曲強度和彎曲模量均隨之增大，而斷裂伸長(cháng)率則隨著(zhù)OMMT用量的增加先增大后減小，并在OMMT用量為2%時(shí)出現極大值。
(3)不含OMMT的PA6/彈性體共混物的斷面凹凸不平，出現空洞化現象，并有少量微裂紋產(chǎn)生，表現出韌性斷裂的特征；而加入少量(2%)OMMT之后，材料斷面出現明顯、規則的拉絲現象，并伴隨大量微纖生成，這表明該材料在受到?jīng)_擊時(shí)能吸收更多的沖擊能，因而具有良好的韌性；另外當OMMT用量增加至10%時(shí)，材料沖擊斷面比較光滑，表現出脆性斷裂的特征。
(4)當OMMT用量較少時(shí)，其基本分布在PA6基體中，此時(shí)彈性體粒徑較小，OMMT用量對彈性體粒徑的大小影響不大。而當OMMT用量超過(guò)5%時(shí)，OMMT片層開(kāi)始進(jìn)入彈性體中并形成了核殼結構，增加了彈性體的模量和粒徑，從而使PA6/彈性體/OMMT復合材料的沖擊韌性降低。
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