以改性納米SiO₂為填料,通過熔融共混工藝制備聚甲醛/納米SiO₂復(fù)合材料,對(duì)其力學(xué)性能、結(jié)晶行為及熱穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度隨著SiO₂含量的增加呈先增大后減小的趨勢,二者分別在SiO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%和1%時(shí)達(dá)到最大;而彈性模量的情況則有所不同,其隨著SiO₂含量的增加不斷增大。DSC測試結(jié)果顯示,納米SiO₂具有較好的形核作用,能夠促進(jìn)聚甲醛的結(jié)晶溫度升高,但會(huì)抑制晶粒的生長,導(dǎo)致復(fù)合材料結(jié)晶度的降低。此外,納米SiO₂還能顯著提高聚甲醛的熱穩(wěn)定性。與純聚甲醛相比,復(fù)合材料的最大熱分解溫度在氮?dú)夂涂諝鈿夥障路謩e提高了約41.1℃和24.5℃。 

【文章來源】：塑料科技. 2020,48(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

POM鏈分解機(jī)理示意圖

圖7為POM和POM/AMS復(fù)合材料在氮?dú)夂涂諝鈿夥障碌腡G和DTG曲線。與純POM相比，AMS的添加使復(fù)合材料的熱分解溫度向高溫方向上移動(dòng)。但在不同氣氛條件下，AMS含量對(duì)POM熱分解行為的影響不同。由圖7a可以看出，在氮?dú)鈿夥諚l件下，AMS含量的變化對(duì)POM的熱分解起始溫度和最大熱分解溫度影響不大。與純POM相比，復(fù)合材料的最大熱分解溫度提高了約41.1℃。但在空氣氣氛條件下，情況有所不同。POM的熱分解起始溫度較在氮?dú)鈿夥諚l件下顯著降低。而復(fù)合材料的熱分解起始溫度和最大熱分解溫度隨著AMS含量的增加逐漸升高，如圖7b所示。當(dāng)AMS的含量為5%時(shí)，復(fù)合材料的最大熱分解溫度達(dá)到最大，較純POM升高了約24.5℃。不同氣氛條件下，AMS含量對(duì)復(fù)合材料熱分解起始溫度和最大熱分解溫度不同的影響，可以歸因于在不同環(huán)境下AMS對(duì)POM熱分解過程所起的作用不同。POM/AMS復(fù)合材料受熱分解時(shí)，AMS表面的氨基可以吸收POM熱分解釋放出來的甲醛，同時(shí)中和甲酸，從而起到減緩POM降解提高熱穩(wěn)定性的作用[24]（見圖8）。在氮?dú)鈿夥諚l件下，POM受熱分解所釋放出的甲醛是有限的，且由于氧氣的缺乏，甲酸幾乎不能生成，因此，少量的AMS就能完全吸收POM熱分解釋放出來的甲醛，導(dǎo)致AMS含量對(duì)POM的熱分解行為幾乎沒有影響。但在空氣氣氛條件下，甲醛和氧氣反應(yīng)后所生成的甲酸能夠加速POM分解，同時(shí)明顯降低復(fù)合材料的熱分解溫度，這是同一復(fù)合材料在空氣氣氛條件下的熱分解溫度要比氮?dú)鈿夥諚l件下低得多的主要原因。隨著AMS添加量的增加，其在POM基體中吸收甲醛和中和甲酸的能力持續(xù)增強(qiáng)，POM的熱穩(wěn)定性也隨之不斷提高。

圖2為AMS含量對(duì)POM/AMS復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。由圖2a可以看出，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨AMS含量的增加不斷提高，在3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）時(shí)達(dá)到最大值，之后隨AMS含量的繼續(xù)增加而有所降低。由于AMS表面具有長的烷基鏈且含有氨基基團(tuán)，AMS添加量較低時(shí)，良好的分散性使其易于與POM鏈段發(fā)生相互纏繞或形成氫鍵連接；而POM/AMS界面相互作用的增強(qiáng)使AMS能夠通過應(yīng)力傳遞成為外部載荷的承載體，這有助于復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的提高。當(dāng)AMS含量超過3%時(shí)，團(tuán)聚現(xiàn)象的加劇導(dǎo)致AMS與POM鏈段之間的相互作用力減弱，復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度開始呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。彈性模量的情況則有所不同，其隨AMS含量的增加而持續(xù)上升。在AMS含量為5%時(shí)，復(fù)合材料的彈性模量較純POM增加了大約28%。復(fù)合材料彈性模量的這一變化與AMS的顆粒尺寸及添加量有關(guān)。對(duì)于聚合物基復(fù)合材料來說，當(dāng)無機(jī)填料相尺寸在0.04～200μm時(shí)，其彈性模量的大小主要取決于填料的含量[16]。而在本實(shí)驗(yàn)中，AMS在POM基體中更多的是以團(tuán)聚體形式出現(xiàn)，其尺寸大小幾乎都在這個(gè)范圍內(nèi)，這是導(dǎo)致復(fù)合材料的彈性模量隨AMS含量的增加不斷增大的主要原因。復(fù)合材料缺口沖擊強(qiáng)度的變化與拉伸強(qiáng)度類似，其在AMS含量為1%時(shí)達(dá)到最大值，之后隨著填料含量的增加逐漸降低，如圖2b所示。由于帶有長烷基鏈的AMS在與POM鏈段發(fā)生相互作用后易形成一柔性界面層，它的出現(xiàn)能夠增加復(fù)合材料受到?jīng)_擊發(fā)生斷裂時(shí)的能量消耗，尤其是在高結(jié)晶度的POM基體中。因此，低AMS含量的復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的抗沖擊性能[17]。但隨著AMS含量的增加，大量AMS團(tuán)聚體的產(chǎn)生一方面會(huì)帶來復(fù)合材料內(nèi)部應(yīng)力集中程度的增加，引起基體變形；另一方面還會(huì)破壞基體的連續(xù)性，縮短裂紋擴(kuò)展的距離，所有這些導(dǎo)致復(fù)合材料沖擊性能的大幅下降。2.2 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能


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