【摘要】：聚酰胺(Polyamide,PA),又稱尼龍,是應用最廣的工程塑料。其中,脂肪族聚酰胺,如聚己內(nèi)酰胺(PA6)和聚己二酰己二胺(PA66),它們可以通過低成本的熔融加工方式進行生產(chǎn),是目前用量最多的聚酰胺。隨著表面安裝技術(shù)無鉛焊料概念的提出以及汽車渦輪增壓發(fā)動機的發(fā)展,對材料的耐熱性提出了更高的要求。通用的脂肪族聚酰胺熔融溫度均低于260℃,因此,已經(jīng)不能滿足以上兩個領域的要求。全芳香族聚酰胺,具有優(yōu)異的熱性能和機械強度,被認為是一種高性能聚合物。但是全芳香族聚酰胺高玻璃化轉(zhuǎn)變和熔化溫度使其無法通過低成本的熔融方式進行加工,進而限制了其大范圍應用。近年來,由于半芳香族聚酰胺結(jié)合了脂肪族聚酰胺優(yōu)異的加工性和全芳香族聚酰胺良好的耐熱性而受到越來越多的關注。常見的半芳香族聚酰胺有聚對苯二甲酰己二胺(PA6T)、聚對苯二甲酰壬二胺(PA9T)和聚對苯二甲酰癸二胺(PA10T)等,其中,PA10T是唯一的生物基半芳香族耐高溫聚酰胺,這在環(huán)境壓力較大的今天顯得尤為重要。但是,PA10T的熔點(316℃)接近于其熱分解溫度(350℃),在熔融加工和注塑成型過程中容易發(fā)生分解。本文以生物基癸二胺,對苯二甲酸,己二胺和己二酸為原料,通過熔融縮聚法合成了一種新型的具有較寬加工窗口的半芳香族耐高溫PA10T/66。接著通過氫核磁共振波譜和傅里葉紅外光譜確定了PA10T/66的結(jié)構(gòu),并對其成鹽工序進行了分析,在此基礎上,繼續(xù)探究了聚合溫度、聚合時間、聚合壓力、攪拌速率、放氣時間以及增黏壓力等聚合工藝條件對PA10T/66性能的影響,得出了最佳聚合工藝。通過上述得到的最佳聚合工藝我們又合成了不同PA66鏈段含量的PA10T/66共聚物,并對其物理機械性能、密度、吸水率、吸油率、耐溶劑性和熔融指數(shù)等物理化學性能和流動性能進行了研究,結(jié)果顯示,向PA10T分子鏈中引入PA66鏈段可以提高PA10T/66的韌性和流動性。通過差示掃描量熱法、熱變形溫度測試以及熱重分析測試對不同PA66鏈段含量下PA10T/66的熱性能進行了研究。結(jié)果顯示,隨著PA66鏈段含量的增加,PA10T/66的熔融溫度下降,而熱降解外推起始溫度基本沒有變化,說明通過向PA10T中引入脂肪族PA66鏈段來拓寬其加工窗口,改善其加工性能是可行的。然后,利用KissingerAkahira-Sunose(KAS),Flynn-Wall-Ozawa(FWO)和Tang等方法確定了PA10T/66的熱降解動力學參數(shù)和熱降解活化能,并通過Coats Redfern積分法確定了其熱降解機理函數(shù)類型為R3型(相邊界反應(球形))。通過差示掃描量熱法對不同PA66鏈段含量下PA10T/66的等溫和非等溫結(jié)晶動力學做了分析。利用Avrami方程確定了PA10T/66等溫結(jié)晶過程中的晶體生長方式,并通過Turnbull-Fish方程證實了Avrami方程分析PA10T/66等溫結(jié)晶動力學的可行性;Hoffman外推法被用來確定不同PA66鏈段含量下PA10T/66的平衡熔點。接著,利用Jeziorny法分析確定了PA10T/66的非等溫結(jié)晶過程中的晶體生長方式;通過Mo法研究了不同相對結(jié)晶度下PA66鏈段含量對PA10T/66結(jié)晶速率的影響。研究結(jié)果顯示,等溫結(jié)晶溫度越低,降溫速率越大,聚合物結(jié)晶速率越快;在等溫結(jié)晶條件下,PA10T/66的晶體生長方式為盤狀(圓板)二維生長;而在非等溫結(jié)晶條件下,當PA66鏈段不超過0.07 mol時,PA10T/66的晶體生長方式為盤狀(圓板)二維生長,當PA66鏈段達到0.13 mol時,低降溫速率下(5℃/min)PA10T/66的晶體生長方式為纖維(一維)生長,高降溫速率下下(10,20,40℃/min),PA10T/66的晶體生長方式仍為盤狀(圓板)二維生長;此外,Avrami方程和Jeziorny法,Mo法均適合描述PA10T/66的等溫和非等溫結(jié)晶動力學。通過偏光顯微鏡對PA10T/66的晶體形貌進行了觀察,發(fā)現(xiàn)PA10T/66比PA10T有更小的晶粒尺寸和更大的晶粒密度。為了擴大半芳香族耐高溫聚酰胺PA10T/66的應用領域和適應市場的需求,我們對其進行了玻璃纖維增強熔融共混改性。以我們合成的PA10T/66和玻璃纖維(glass fibre,GF)為原料,采用熔融共混法制備了PA10T/66/GF復合材料。接著通過場發(fā)式掃描電鏡對PA10T/66/GF的沖擊斷面形貌進行了觀察,發(fā)現(xiàn)玻璃纖維在PA10T/66中分散均勻,玻璃纖維和PA10T/66有良好的相容性。然后通過萬能試樣機、熔融指數(shù)儀、熱變形溫度測試儀、差示掃描量熱儀以及熱重分析儀對PA10T/66的物理機械性能、流動性能以及熱性能進行了研究,結(jié)果顯示,隨著玻璃纖維含量的增加,PA10T/66/GF的流動性能有所下降,但物理機械性能以及熱性能均有大幅度提升。玻璃纖維含量為30%的PA10T/66/GF復合材料兼具較好的流動性、物理機械性能和熱性能,其拉伸強度,彎曲強度和彎曲模量較純PA10T/66分別提高了141%、99%和209%;其在0.45 MPa和1.82MPa載荷下的熱變形溫度分別達到286℃和244℃,較純PA10T/66樹脂分別提高了52℃和148.8℃。同樣,通過差示掃描量熱法,并采用Avrami方程、Jeziorny法和Mo法研究了不同玻璃纖維含量下PA10T/66/GF復合材料的等溫和非等溫結(jié)晶動力學。結(jié)果表明,玻璃纖維的加入促進了PA10T/66的異相成核,加快了聚合物的結(jié)晶速率;在等溫和非等溫結(jié)晶條件下,PA10T/66/GF的晶體生長方式仍為盤狀(圓板)二維生長;Avrami方程和Jeziorny法,Mo法均可以用來描述PA10T/66/GF的等溫和非等溫結(jié)晶動力學。
【圖文】：

圖 1.1 PA46 的結(jié)構(gòu)式Figure 1.1 The structural formula of PA46的分子結(jié)構(gòu)和很高的結(jié)晶度（大于 70%）械強度，，在建筑業(yè)、纖維工業(yè)、現(xiàn)代電子和

圖 1.2 PPTA 的結(jié)構(gòu)式Figure 1.2 The structural formula of PPTA 500℃，拉伸強度高達 2.9～3.0 GPa。PPTA 的代的全芳香結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生硬棒狀大分子，且分
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ323.6;TB33

【參考文獻】

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本文編號：2695122