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凹凸棒石具有的較大長徑比和一維納米纖維狀結(jié)構(gòu)以及較弱的棒晶間相互作用，使得其在聚合物的增強改性上具有獨特的優(yōu)勢和吸引力，是制備高性能聚合物復合材料的理想增強體。本論文在對天然一維納米材料凹凸棒石進行提純并接枝改性后應用于工程塑料尼龍6，制備了具有新型結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能的凹凸棒石/尼龍6復合材料，深入系統(tǒng)地研究了復合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能。具體內(nèi)容如下：
通過傳統(tǒng)的擠出注射工藝制備了未改性凹凸棒石/尼龍6復合材料。結(jié)果表明，凹凸棒石在尼龍6基體中有著較好的分散，所制得復合材料具有較高的力學性能。凹凸棒石的加入不會改變尼龍6的結(jié)晶形態(tài)，在尼龍6的結(jié)晶過程中起到了異相成核的作用，提高了尼龍6的結(jié)晶溫度，加快了尼龍6的結(jié)晶過程，但會降低尼龍6的結(jié)晶完善程度，并增加尼龍6的結(jié)晶活化能。
采用縮合聚合法對凹凸棒石進行表面接枝聚氨酯預聚體改性。結(jié)果表明，接枝改性后接枝物分子鏈與凹凸棒石表面上的羥基發(fā)生了化學鍵合，聚氨酯接枝物主要分布在凹凸棒石的表面，而在體相中獨立存在的幾率較小。接枝后凹凸棒石的粒徑明顯增大，粒子中間顏色較深，周圍顏色較淺，呈現(xiàn)較為明顯的核殼狀結(jié)構(gòu)。通過加入明礬水溶液來沉降水性聚氨酯乳液，實現(xiàn)對凹凸棒石的包覆，形成具有核殼結(jié)構(gòu)的聚氨酯包覆凹凸棒石。當所制備水性聚氨酯乳液與凹凸棒石的質(zhì)量比為3∶1時，可取得比較理想的包覆效果，凹凸棒石棒晶被單個包覆，包覆層厚度約為10nm。此時凹凸棒石表面聚氨酯的包覆量約為9％。
聚氨酯改性凹凸棒石/尼龍6納米復合材料研究表明，通過對凹凸棒石進行有機改性可以促進凹凸棒石在尼龍6基體中的分散，改性凹凸棒石與尼龍6的界面模糊，說明兩者相容性較好，存在較強的界面相互作用。由于表面修飾層與基體樹脂高分子鏈發(fā)生交聯(lián)、纏結(jié)，形成納米復合材料的柔性界面層。因此納米復合材料的力學性能得到了有效改善，對材料韌性的提高尤為明顯。當聚氨酯包覆凹凸棒石的用量為10％時，復合材料的拉伸強度提高了34.7％，沖擊強度提高了85.7％。拉伸破壞時，復合材料具有明顯的屈服后斷裂特征；沖擊破壞時，隨著聚氨酯包覆凹凸棒石用量的增加，復合材料的斷面變得越粗糙。聚氨酯包覆凹凸棒石的加入，也可顯著提高復合材料的儲能模量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。聚氨酯包覆凹凸棒石/尼龍6納米復合材料的熔體為假塑性流體，隨改性凹凸棒石含量的增加，材料的非牛頓性減弱。
兩步法制備了POE彈性體接枝的凹凸棒石。接枝產(chǎn)物的FTIR、XPS以及XRD分析結(jié)果表明，POE彈性體通過化學鍵結(jié)合到了凹凸棒石的表面。TG結(jié)果表明，接枝到凹凸棒石表面的POE彈性體大約為9.5％。凹凸棒石的POE接枝改性能大幅提高復合材料的沖擊強度，并在一定程度上改善凹凸棒石在尼龍6基體中的分散性。

    doi：
    10.7666/d.y1698745
    關(guān)鍵詞：
    凹凸棒石 表面改性 尼龍6 復合材料 擠出注射工藝
    作者：
    史建設
    學位授予單位：
    南京理工大學
    授予學位：
    博士
    學科專業(yè)：
    材料科學與工程
    導師姓名：
    楊緒杰
    學位年度：
    2010
    語種：
    中文
    分類號：
    TB332 TQ316.63
    在線出版日期：
    2010年10月29日