PA1212PA1012增韧复合材料的制备及性能研究.doc

　　PA1212PA1012增韧复合材料的制备及性能研究 第一章 前 言 高分子材料作为四大支柱材料之一，近年来不断的向功能化、工程化、高性能化、结构化的方向发展，具有高附加值的材料越来越受到重视，其中高分子材料高性能化是高分子材料科学与工程近年来发展的主要方向，制备高性能化的高分子材料是当今高分子领域的重点发展方向之一[1]，它直接影响着高分子工业的发展，随着社会的进步、科学的发展和国民经济各部门对材料的要求越来越高且日益多样化。人们往往希望材料既有较高的韧性又有较好的强度；既耐高温又易于成型加工；既耐用又价格低廉。显然，单一的高分子材料往往很难到达这样高的要求，因而，为了满足人们对材料的要求、解决单一高分子材料的局限性，对高分子材料进行改性不失为一种切实可行的方法。 合成新的高聚物材料或者对现有的高聚物进行化学改性，不但开发周期长，而且成本高，技术复杂、对设备的要求高、工业化实施困难。相比之下，对聚合物进行物理改性，对聚合物材料增强增韧等，是一种既简单有效而且花费小，切实可行的方法。据统计[2]，一种工业化的新型聚合物，从研制到中试需要投资近2亿美元，而研制并工业化一种新型的高分子复合材料只需要投资数百美元，并且一些高分子复合材料的力学性能可与铝合金相竞争，远非均聚物可比拟。因此，高分子复合材料倍受人们的关注，发展迅速。高分子复合材料是复合材料的一大类，由于它具有质轻、高比模量、高比强度、丰富和加工方便等优越特性，在航天航空、交通、建筑、电子电器、机械、化工等领域有非常广泛的应用，甚至已经成为许多高科技领域的支撑材料[3]。 聚酰胺（polyamide, PA）又称尼龙，由杜邦公司发明以来，已有半个多世纪的历史，直到如今其应用仍非常广泛，在五大工程塑料（聚碳酸酯、聚酰胺、聚苯醚、聚甲醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯）中趋于非常重要的地位。在众多的聚酰胺品种如PA6、PA66、PA46、PA11、PA12、PA1010、PA612以及PA6T、PA9T等品种中，PA66和PA6占据了市场的主导地位，也是人们研究、开发的重点。尼龙可分为短碳链尼龙和长碳链尼龙，长碳链尼龙是指两个酰胺基团之间的碳原子数在10个以上的尼龙，如PA1010、PA1012、PA1212等。较短碳链尼龙而言，长碳链尼龙具有其独特的物理化学性质，如吸水率低、尺寸稳定性好、韧性好、抗震耐寒性能优越，易于加工等特点，因而广泛的应用于军事、航空航天、汽车等领域[4-6]。但是由于长碳链尼龙对缺口比较敏感，即缺口冲击强度低，不能满足更高要求的需要，为了满足这些方面的要求，改善其韧性，提高其缺口冲击强度成为本课题的研究重点。 1.1 聚合物共混改性 共混改性是把两种或者两种以上现有的高聚物混合起来以形成某种具有所要求特性的新材料的改性方法。 由于实际应用中，经常要求聚合物既有高的强度又要求具有好的韧性；既耐热又要易于成型等相反的物性，这对于单一的聚合物来说很难满足。而且开发新型的聚合物难度高、投入大、周期长而且产业前景不可预计，相比之下，通过聚合物的共混改性，开发高分子合金其投入小，设备简单，显得更为经济有效。聚合物的共混改性已成为当前高分子材料开发的主要途径之一[7-10]。不同聚合物共混，能改善聚合物材料的机械性能、加工性能，同时可以降低聚合物材料的成本，赋予其特殊的性能等。 共混改性一般可以分为化学法和物理法。 化学法一般是指在基体材料中加入另外一种或几种物质，在熔融混合的过程中发生化学反应，以此来改善基体树脂性能的改性方法。化学法制备高分子复合材料最典型的就是IPN法。其操作是先制备出一个交联高聚物，将这个交联的高聚物在含有活化剂和交联剂的第二种单体中溶胀，然后再聚合。第二步反应产生的交联高聚物与第一个反应得到的交联高聚物相互贯穿，从而实现两种高聚物的共混。在这种体系中，两种高聚物所形成的网络之间不存在接枝或者化学交联，而是通过两者在两相的界面区域不同链段的扩散，缠结从而达到两相间良好的结合，形成一种互穿网络体系。 物理改性则要简单得多，在基体树脂中加入其它的聚合物材料或者一些改性剂，然后将其混合均匀。一般物理共混改性在混合或者混炼的过程中仅有物理变化。共混物理法又可以分为溶液共混、乳液共混及熔融共混，熔融共混是目前最具工业应用价值、应用最广泛的共混方法。这种方法一般采用挤出机或者开炼机、密炼机等设备将高聚物组分加热到熔融状态，然后再利用机械剪切力将高聚物组份之间充分混合均匀，所以这种方法又可以称为机械共混法。 当然，随着高分子合金技术的发展，物理改性和化学改性之间已经没有明显的界限，两者相互渗透。 聚合物材料的共混改性主要有以下几个方面的作用： 　　在保证材料使用性能的同时降低成本，常用的填充材料中，一般加入的无机填充物的价格要远远低于基体树脂，从而使