PA6/纳米Al<,2>O<,3>/UHMWPE复合材料结构及性能研究

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高性能聚酰胺材料一直是高分子共混与复合材料热点研究领域,采用纳米无机材料和高分子共混协同改性是新的发展方向。 本文采用熔融法制备得到了“PA6/纳米粒子”、“PA6/相容剂/UHMWPE”、“PA6/纳米Al2O3/UHMWPE/相容剂”共混与复合材料,以期获得具有优良性能的新型PA6复合材料。研究比较了纳米Al2O3、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米ZnO四种不同纳米粒子对PA6的力学性能、摩擦性能影响,探讨了纳米Al2O3表面处理状况及含量、UHMWPE含量、相容剂及含量对"PA6/纳米粒子”、“PA6/相容剂/UHMWPE”、“PA6/纳米Al2O3/UHMWPE/相容剂”共混与复合材料的力学性能、摩擦性能、热性能及加工性能等的影响规律,进一步考察了作用机理。 研究发现:nano-ZnO、nano-SiO2、nano-TiO2、nano-Al2O3四种纳米粒子对PA6力学及摩擦磨损性能影响综合比较,nano-Al2O3相对较好:经硅烷偶联剂表面处理的纳米Al2O3在PA6基体中分散比较均匀,对PA6有结晶成核作用;随纳米Al2O3含量增加,PA6/纳米Al2O3复合材料的拉伸强度、冲击强度及弯曲强度呈先上升后下降的趋势;纳米Al2O3的加入使复合材料的熔体流动速率略有下降;纳米Al2O3可改善PA6的耐磨性能,当纳米Al2O3添加量为4 phr时,PA6/纳米Al2O3复合材料的摩擦磨损性能明显提高。 将马来酸酐(MAH)和苯乙烯(St)与高密度聚乙烯(HDPE)共接枝及将MAH单组分与HDPE直接接枝,分别得到了高接枝率的HDPE-g-(MAH-co-St)和低接枝率的HDPE-g-MAH两种相容剂。研究了HDPE-g-(MAH-co-St)和HDPE-g-MAH的接枝率对PA6/UHMWPE共混材料的力学性能影响。实验结果表明:HDPE-g-(MAH-co-St)与HDPE-g-MAH相比,更能有效提高PA6和UHMWPE间的相容性。因此,进一步采用熔融共混法制备得到了PA6/UHMWPE/HDPE-g-(MAH-co-St)增容共混材料,借助SEM、DSC等分析测试技术研究了共混材料的结构及结晶性能,考察了UHMWPE及HDPE-g-(MAH-co-St)用量对共混材料力学性能、加工性能、摩擦磨损性能等的影响规律。研究结果表明:当相容剂HDPE-g-(MAH-co-St)添加量为UHMWPE的40%时,共混材料的综合性能最好;随着UHMWPE含量的增加,力学性能及加工性能略有下降,但UHMWPE的加入对于提高材料的摩擦磨损性能效果明显,当UHMWPE添加量为10phr时,共混材料的摩擦磨损性能达到最佳值。 论文还进一步研究了纳米Al2O3、UHMWPE共同对PA6复合材料性能的影响规律及作用机理。结果表明,当PA6/纳米Al2O3/UHMWPE/HDPE-g-(MAH-co-St)配比为100/4/5/2时,复合材料具有最佳的摩擦磨损性能,并发现纳米Al2O3、UHMWPE及相容剂对复合材料摩擦磨损性能的改善具有协同作用,这种新型的PA6共混与纳米复合材料具有很好的摩擦磨损性能,具有应用前景。
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