聚合物测试25（2006）384-391
材料性能
关于凹凸棒石粘土增强PA6复合材料的研究耐高温盘根
中华人民共和国中国科学院，国家重点实验室，固体润滑，兰州化学物理研究所，兰州730000 中华人民共和国中国科学院研究生院，北京100049
2005年10月12日收到;2005年11月24日接受
凹凸棒石（行）/尼龙（聚酰胺6）不同ATB的已被融化复利方式使用布拉班德双螺杆挤出机复合材料的编写内容。机械调查（通过拉伸试验和弯曲试验）表明，屈服强度达到重量为4％的抗拉试验ATB的法团，并与2 wt％的ATB的法团的弯曲试验的最大价值。扫描电子显微镜（SEM）对复合材料的断裂面的观察表明，均匀分散的安太堡获得。动态力学分析和微分的结果扫描量热（DSC）反映，有安太堡与PA6之间强烈的相互作用。断裂面的SEM 照片表明，在不同的角度对ATB的棒状晶体的捆绑可能与东方的熔体在注射成型流动方向沿。X射线衍射仪（XRD）测量表明，PA6的加入到了安太堡矩阵都难以改变安太堡和PA6的结晶结构。然而，克形式尼龙复合材料在PA6/ATB晶粒尺寸变得更大。此外，A型含量逐渐增加，而尼龙6的G -形式的内容逐渐减少，从表面为注塑样品的核心。
关键词：凹凸棒石粘土，尼龙，树脂基复合材料，结晶；取向
种子包装袋1．简介
在过去十年中，因为臼杵和小岛等借助原位聚合[1-3]叙述了尼龙/蒙脱土复合材料的合成，所以聚合物/层状硅酸盐粘土（如蒙脱石）纳米复合材料引起很大的兴趣。主要有三种方法来制备聚合物/粘土纳米复合材料：
（1）解决方案的复合方法[2]。
（2）原位聚合方法[4]。
（3）熔融复合方法[5]。
熔融复合优于其他两种方法[2]。首先，由于在有机溶剂的情况下，这个方法是对环境无害的。第二，熔融复合方法使聚合物了以前不为别的两种方法适合使用。第三，它与目前的工业过程相通，如挤出和注射成型，是商业最感兴趣的。
ATB的是一种天然纤维状硅酸盐粘土类，具有理想的结构式
Si8O20Mg5(Al)(OH)2(H2O)4·4H2O。布拉德利早在1940年[6]对其组织结构进行了研究。ATB的天然纤维的结构可以使之成为优秀的聚合物基复合材料的填料。
交互界面粘附对高分子复合材料发挥关键作用[8]，亲水硅酸盐层与疏水性聚合物不兼容，这是一个普遍接受的观点，因此，亲水硅酸盐层可能是能与亲水性聚合物相容的典型。为了得到满意的疏水性聚合物的亲水性化合物ATB的矩阵，王等人 [9-13]使用硅烷改性凹凸棒石和丙烯酸丁酯接枝聚合来制备聚丙烯（PP）/凹凸棒石粘土纳米复合材料。结果表明，强度和pp/org- ATB的纳米复
合材料的刚度都显著提高了。王等人 [14]用硅烷偶联剂处理制备的聚丙烯/ ATB 复合物，发现凹凸棒石可以提高复合材料的机械性能，在一定程度上PP的结晶变化是由于ATB的增加造成的。张等 [15]研究了填充表面改性凹凸棒石粘土硬质聚氯乙烯（PVC）的性能，结果表明，填充了改性凹凸棒石的PVC的力学性能和热稳定性在一定程度上得到提高。由于氢键和偶极相互作用之间的极性官能团的形成，亲水性聚合物（如聚甲醛，尼龙等）可能与ATB的强大界面相互作用[5]。有些文献[16-19]报道了亲水聚合物/ ATB的复合材料的制备。徐等人 [16,17]研究了聚甲醛/凹凸棒石结晶行为，并比较了有和没有ATB的聚甲醛等温结晶行为。王[18]和沈等人 [19]采用原位聚合法制备了纳米复合材料尼龙6/ATB。
然而，据我们所知，没有由熔融复合方法制备亲水PA6/ATB复合材料的报告。不像有一个强大的离子
键层状硅酸盐存在一样，能层层相互作用，ATB的单晶之间的相互作用是非常小，只有靠虚弱的自身吸收[7,20]。在双螺杆挤出机的螺杆强大的剪切力下，不需组织改变，就使得ATB分解为单结晶。在本文中，我们使用ATB的盐酸处理复合材料在布拉班德双螺杆挤出机上制备PA6/ATB，并且研究了复合材料的性能和微观结构。
2．实验
2.1材料
本研究使用的尼龙6颗粒（国境级，中国）购自南京聚龙有限公司（中国）。凹凸棒石（ATB）粘土由江苏淮安有限公司（中国）提供。
2.2 样品制备
工业上获得的ATB需要用37％的盐酸酸[18] 处理12小时，然后用蒸馏水至pH 7，使用前晒干。尼龙6复合材料含ATB的含量不同（质量分数从0到8％）准备通过熔融复合方法，使用布拉班德双螺杆转速为80r/min挤出。在这个过程中，温度剖面235，240，250，250，250，250，245，245，从漏斗中直到完成。样品制备采用机械注塑机：240-250 ℃条桶的温度和80℃的模具温度（类型：ES200/45，奥地利恩格尔机械有限公司）。
2.3 力学行为的测量top技术
测试样品的拉伸最后注入狗骨标本150 X10X4 mm3。在室温下，用挤出为20毫米/分钟的速度的一个万能材料测试系统（DY35，法国）进行拉伸试验。弯曲测试的样本有150 X10X4
mm3。弯曲试验，以2毫米/分钟平稳速度。所有报在这里得数据代表了至少5个试样对结果的平均值。
2.4 形态分析
用扫描电子显微镜（SEM）（日本电子JSM - 5600LV）来观察纯化的ATB和ATB/PA6复合材料的断口形貌。电压为20KV，事先样品的表面被镀了薄薄的一层金涂层。
2.5 X -射线衍射
X -射线衍射（XRD）图谱是在X射线辐射功率为40千伏电压和电流的为40 mA下，使用铜Ka衍射仪（八=0.15418纳米）（帕纳科有限公司X'pert专业，荷兰）下运作的。
2.6 热分析和动态力学分析
差示扫描量热法（DSC）的实验是在Perkin - Elmer公司七个系列热分析仪上做的。每个样品被密封在铝盘里，约5毫克，测试前样品温度迅速提高到300 ℃保持1分钟，以消除原热。此时，样品在扫描速度为10 ℃/min氮气气氛下从25℃加热至300 ℃，以减少氧化。动态力学分析（DMA）是用Perkin - Elmer 公司七动态力学分析仪对样品22X3X1立方毫米大小进行分析。该试验以1 Hz
的频率和加热5 8C/min速率，共在三点屈服模式周围的温度超过100 ℃范围内进行的。
3 结果与讨论
3.1 机械性能
图 1 显示的拉伸强度PA6/ATB复合材料和 ATB的数据的多种变化。拉伸强度达到最大值时，ATB的重量含量为4％。随着ATB的进一步增加，抗拉强度值大大降低。PA6/ATB复合产量的伸长率略在含4 ％的ATB时有降低，8 ％时急剧减少，致使8％的ATB在屈服前就断裂，这表明，复合材料含有较高的ATB的变脆性了。图 2显示的是PA6/ATB复合材料和多种ATB的含量的弯曲强度和屈服模量的变化情况。结果表明，弯曲强度和弯曲模量都随ATB的加入量的增加，然而弯曲强度在ATB含量超过2 ％就略有降低，弯曲模量随ATB的含量增加，达到4％时都一直在缓慢增加。与纯PA6（2.295千兆）相比，复合含4 wt％的ATB 的弯曲模量优于ATB含量为23%时的弯曲模量。
3.2 动态力学分析和复合材料的DSC
图3和4给出了DMA的结果。从复合材料的PA6/ATB tan和温度曲线，我们发现，玻璃化转变温度（Tg）逐渐增大，直到ATB的含量达到4％，之后降低了。表1显示了PA6/ATB复合材料和不同ATB的含量的Tg。一般来说，Tg的转变是由于填料与基体之间的相互作用。随着不断加入和ATB在PA6基体均匀分散，流动性尼龙6分子链受到限制，因此，复合材料的玻璃化转变温度逐渐增加[21,22]，这不同于PA6/碳纳米管材料（其中的Tg没有改变）[23]。然而，随着ATB的进一步增加，ATB的集聚可能成为一个主导因素。约束作用变弱，复合材料玻璃化转变温度也开始降低。最好的机械性能是含4 ％的ATB，这可能是由于填料与基体之间在这个层次的互动是最强最好的。这也验证了DSC分析。图5显示了DSC测试结果和熔融温度的尼龙6（Tm）和PA6/ATB复合材料的（Tm）（见表1）。表明的趋势是先增加随后下降，这或许意味着，填料之间的相互作用和矩阵先增加后减少。
表2总结了PA6/ATB复合材料的模量。可以看出，随着ATB的含量增加，复合材料的储存模量逐渐增加。与纯PA6（4.8831千兆）相比，复合含4 wt％的ATB的储能模量优于56％（7.6253千兆）时。PA6/ATB复合材料的储能模量得到显着改善，应归因于[23]填料与基体之间以及优良的高宽比ATB填料的作用的综合效应。从与DMA和弯曲模量试验得到的数据相比较，大体趋势是相同的，但是从DMA测试数据都较大。这种差别可能是由于两个测量使用的不同的频率造成的[23]。
3.3 扫描电镜形貌观察
图6-10介绍扫描电镜图像，显示为完好的ATB和纯PA6和PA6 / ATB的复合材料的断裂面。图6有未纯化（左）和纯化（右）ATB的扫描电镜图像，可以发现，ATB的存在为棒状晶体，长约4-5微米，直径约500纳米；而在用37％的盐酸提纯后，长约1-2微米，直径约100-200纳米。幼猪
比较图7和图8，在PA6/ATB复合材料的图像中发现有许多均匀的光点，并且光点的直径约为100〜200纳米，这与杆形晶体束ATB的直径是一致的。因此，据推测，该光点很可能是ATB的棒状晶体的断裂后的两端。我们可以得出结论，可以得到ATB均匀分散在尼龙6的集体上这一复合材料。图 9显示与熔体流动方向平行的断裂面的图像。我们可以到许多撒谎棒'，长度和直径与纯化ATB的水晶包是一致的。因此，我们得出这样的结论ATB 的棒PA6基体中的结晶方向可能在注射成型过程中熔体流动，这与结果一致的方向橡胶/ ATB的复合材料最近报道田等[24]的ATB的剪切力可以通过面向混合过程。
为了呈现出了PA6/ATB复合材料形态的一般概述，我们得到的断口扫描电镜图像在使用低倍率。图。10显示在尼龙6 / 4 wt％的安太堡和PA6 / 8 wt％的ATB的复合材料低倍率的图像。结果发现，有很多大型的颗粒，可在尼龙6 / 8 wt％的复合材料ATB的总量，但
在PA6 / 4 wt％的安太堡没有总量的变化。根据格里菲斯的理论，大骨料是一个薄弱点，从而降低了复合材料的断裂[25]所需要的压力。这也证实了机械的结果。
3.4 X射线衍射分析
X射线衍射是一个功能强大的工具来研究了聚合物复合材料的结晶行为。纯化的安太堡和PA6/ATB复合粉末衍射图载于图。11。一个典型的ATB的衍射峰是在大约8.48，相当于约10.4层间距和属性来了（110）晶面衍射主。与PA6复合融化后，该峰几乎不变。在一个单一的晶体单元层不能再分开，因此，这一特征峰的立场是基本不变当AT是在矩阵[20]分散，以及特征峰强度逐渐在对ATB的内容增加PA6基体。
约21.38衍射峰是由于水晶体的G为纯PA6和PA6/ATB [23,26,27]的PA6，没有A型（衍射峰2qZ20和23.78 [23,26,27]）复合材料被发现，可能是由于标本从主要是由克形式[26,27]注册复合材料的皮肤的。在纯尼龙6复合材料的晶粒尺寸和PA6/ATB可近似评估采用Scherrer公式[28]。
其计算公式如下Lhkl ZKl = q其中Lhkl B0的COS的晶粒尺寸是垂直于平面物质HKL，物质HKL是米勒指数。Q是入射角，L为X射线（lZ0.1542纳米），B0的波长是纯衍射线的广度和K是晶粒形状因子（k为0.89作为B0的广度定义为半，最大强度的衍射峰）。表3
显示了晶粒的大小近似计算值。g的形式尼龙复合材料的PA6/ATB显着增加，则表明了安太堡PA6的加入都使得晶粒的大小和厚度的增加血小板的晶粒尺寸。这符合聚丙烯/ ATB的复合材料，在安太堡到加入PP矩阵使得A型聚丙烯增加[13]晶粒尺寸的结果。结晶的大小与不同的ATB的内容PA6/ATB复合材料的不规则值可能会涉及到的ATB的晶体棒PA6基体中的分散不均匀，需要进一步研究。
图12显示了X射线衍射纯PA6和PA6 / 8％的重量的注射成型样品中心或核心区域ATB 的复合模式。在PA6的特征衍射峰为纯PA6的相同与PA6 / 8 wt％的ATB的复合材料，这表明了ATB的增加并未改变了PA6的结晶形式的核心区域。然而，峰均成为肩膀峰相对于图的结果。11，因此有可能存在另一种对PA6的结晶形式在核心区域的材料种类。图。13显示了从18.3多峰高斯拟合的X射线衍射对PA6的模式，以26.48 / 8 wt％的ATB的复合材料。很明显，肩膀峰是由四个山峰组成：两个侧峰（约20和23.78）被分配到A型PA6的[23,26,27]，中间峰值（约21.48），是因为克表PA6的[23,26,27]，最低是无定形的高峰。从峰，我们可以得出这样的结论样本内部分主要由A型PA6和只包含一个小的G -形式的相对强度。因此，结合对图的结果。11日，A型含量逐渐增加，尼龙6的G -形式的内容逐渐减少，从表面注塑样品的核心[26,27]。
4、结论
ATB的内容Attapulgite/PA6不同的复合材料已准备了用熔融复合布拉双螺杆挤出机的方法。机械测量（通过拉伸和弯曲试验）表明，与纯PA6相比，拉伸强度达到与掺入4 wt％的安太堡和弯曲强度达到最大值为2 wt％的安太堡incorporation最大值。扫描电镜观察了复合材料的断裂面显微镜观察表明，均匀分散的安太堡获得。DMA和DSC分析结果暗示，有很强的安太堡与PA6之间的相互作用，这可能是对机械性能的提高的原因。断裂表面的SEM照片显示的是在不同的角度对安太堡东方杆晶体可能在注射成型过程中熔体流动的方向。XRD测量表明，PA6的加入到了安太堡矩阵都难以改变安太堡和PA
6的结晶结构。然而，晶粒尺寸的G -形式尼龙复合材料的PA6/ATB明显增加，而A型PA6的逐渐增多和G 表格含量逐渐下降，从表面为注塑样品的核心内容。然而，G的形式为PA6/ATB PA6的晶粒尺寸需要进一步研究，因为它是随着含量的增加ATB的不规则。
康复辅助器具技术致谢浆仓库
这项工作是支持创新研究体科学基金的空间润滑材料和技术的中国国家自然科学基
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议