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纳米粒子(包括黏土)已被广泛用于增强聚丙烯和尼龙6,由于聚丙烯的非极性,要实现黏土在聚丙烯中的均匀分散仍然是一个难点;尽管有关尼龙6/黏土纳米复合材料的研究已经很多,但对其结晶结构以及结构-性能关系方面的研究有待于进一步深化,特别是其它的纳米粒子对尼龙6的结构、性能的影响到底如何还没有系统的研究。本工作的科学意义在于采用全新的方法成功制备了聚丙烯/黏土纳米复合材料;通过考察一系列尼龙6有机-无机纳米复合材料的微观结构、结晶结构、热变形温度和力学性能,深化了对尼龙6有机-无机纳米复合材料结构-性能关系的认识。
1.采用可反应铵盐,通过同时接枝-插层法成功制备了插层/剥离混合型的聚丙烯/黏土纳米复合材料,聚丙烯链通过可反应铵盐的桥连作用粘着到黏土表面,这种桥连作用提高了两相之间的界面相互作用。
2.用蒙脱石、纳米二氧化硅、纳米氧化锌和海泡石制备了一系列尼龙6有机-无机纳米复合材料,在模塑样品的皮层观察到次熔融温度转变现象,用实验证实了该转变与加工诱导的剪切应力直接相关。X-射线分析发现80℃退火促进了尼龙6/蒙脱石纳米复合材料中γ晶的形成,这来自于蒙脱石片层对聚合物链运动性的限制。纳米粒子的形状和含量明显影响尼龙6复合材料的热机械性能,热变形温度的最大提高来自于尼龙6/蒙脱石体系,体现了剥离的两维蒙脱石片层的增强作用。尽管尼龙6/蒙脱石体系中γ晶的含量最高,但γ晶的高含量本身不是其最高热变形温度的主要原因;尼龙6/蒙脱石纳米复合材料的热变形温度可以通过控制复合材料的微观结构、结晶结构、结晶度和氢键予以剪裁。首次在完全剥离的蒙脱石纳米复合材料的拉伸断面观察到一种“卷心菜”层状结构,该断面形貌来自于拉伸过程中尼龙6基体在蒙脱石片层定向排布的样条皮层的帮助下扩张的塑化成纤。