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復合材料,對其力學性能、結晶行為及熱穩(wěn)定性進行了研究。結果表明:復合材料的拉伸強度和缺口沖擊強度隨著SiO₂含量的增加呈先增大后減小的趨勢,二者分別在SiO₂質量分數為3%和1%時達到最大;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測試結果顯示,納米SiO₂具有較好的形核作用,能夠促進聚甲醛的結晶溫度升高,但會抑制晶粒的生長,導致復合材料結晶度的降低。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,復合材料的最大熱分解溫度在氮氣和空氣氣氛下分別提高了約41.1℃和24.5℃。 

【文章來源】：塑料科技. 2020,48(01)北大核心

【文章頁數】：6 頁

【部分圖文】：

POM鏈分解機理示意圖

圖7為POM和POM/AMS復合材料在氮氣和空氣氣氛下的TG和DTG曲線。與純POM相比，AMS的添加使復合材料的熱分解溫度向高溫方向上移動。但在不同氣氛條件下，AMS含量對POM熱分解行為的影響不同。由圖7a可以看出，在氮氣氣氛條件下，AMS含量的變化對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氣氣氛條件下顯著降低。而復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AMS的含量為5%時，復合材料的最大熱分解溫度達到最大，較純POM升高了約24.5℃。不同氣氛條件下，AMS含量對復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POM熱分解過程所起的作用不同。POM/AMS復合材料受熱分解時，AMS表面的氨基可以吸收POM熱分解釋放出來的甲醛，同時中和甲酸，從而起到減緩POM降解提高熱穩(wěn)定性的作用[24]（見圖8）。在氮氣氣氛條件下，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，導致AMS含量對POM的熱分解行為幾乎沒有影響。但在空氣氣氛條件下，甲醛和氧氣反應后所生成的甲酸能夠加速POM分解，同時明顯降低復合材料的熱分解溫度，這是同一復合材料在空氣氣氛條件下的熱分解溫度要比氮氣氣氛條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，POM的熱穩(wěn)定性也隨之不斷提高。

圖2為AMS含量對POM/AMS復合材料力學性能的影響。由圖2a可以看出，復合材料的拉伸強度隨AMS含量的增加不斷提高，在3%（質量分數，下同）時達到最大值，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，AMS添加量較低時，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使AMS能夠通過應力傳遞成為外部載荷的承載體，這有助于復合材料拉伸強度的提高。當AMS含量超過3%時，團聚現象的加劇導致AMS與POM鏈段之間的相互作用力減弱，復合材料拉伸強度開始呈現逐漸下降的趨勢。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，復合材料的彈性模量較純POM增加了大約28%。復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。對于聚合物基復合材料來說，當無機填料相尺寸在0.04～200μm時，其彈性模量的大小主要取決于填料的含量[16]。而在本實驗中，AMS在POM基體中更多的是以團聚體形式出現，其尺寸大小幾乎都在這個范圍內，這是導致復合材料的彈性模量隨AMS含量的增加不斷增大的主要原因。復合材料缺口沖擊強度的變化與拉伸強度類似，其在AMS含量為1%時達到最大值，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，它的出現能夠增加復合材料受到沖擊發(fā)生斷裂時的能量消耗，尤其是在高結晶度的POM基體中。因此，低AMS含量的復合材料表現出較好的抗沖擊性能[17]。但隨著AMS含量的增加，大量AMS團聚體的產生一方面會帶來復合材料內部應力集中程度的增加，引起基體變形；另一方面還會破壞基體的連續(xù)性，縮短裂紋擴展的距離，所有這些導致復合材料沖擊性能的大幅下降。2.2 動態(tài)力學性能


本文編號：3283026