尼龙6/玻璃纤维复合材料中界面粘接与分散作用的研究

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本文研究借鉴了偶联剂的作用机理,在尼龙6(PA6)/玻璃纤维(GF)复合材料加入了N-丁基对甲苯磺酰胺(BTSA)、N-环基对甲苯磺酰胺(CTSA)、间苯二甲酸-5-磺酸钠(5-SSIPA),在改善复合材料界面粘接性能的同时,利用粉末填料与纤维之间的复合效应,促进玻璃纤维在PA6树脂中的均匀分散,从两个方面同时入手,提高PA6/GF复合材料的综合性能。借助双螺杆挤出机,将改性助剂:N-丁基对甲苯磺酰胺(BTSA)、N-环已基对甲苯磺酰胺(CTSA)、间苯二甲酸-5-磺酸钠(5-SSIPA)分别与PA6共混,测试共混材料的力学性能。通过红外光谱分析(FT-IR)及差示扫描量热分析(DSC),重点研究5-SSIPA中的极性基团与酰胺基团之间的相互作用,考察了5-SSIPA加入后PA6结晶性能的的变化。在GF增强PA6复合材料中加入混合助剂A(5-SSIPA:BTSA=3:3)、B(5-SSIPA:CTSA=3:3),测试复合材料的静、动态力学性能的变化,用扫描电子显微镜(SEM)分析复合材料的拉伸断裂面,研究了复合材料的应力传递机理,着重研究了混合助剂对界面粘接及纤维分散性的影响。测试了改性前后PA6/GF复合材料的玻璃化温度(Tg)、熔点(Tm)及维卡软化点温度,用热重分析(TG)研究复合材料的热分解情况。考察复合材料在不同环境温度下吸水率的变化,用Fick定律、Arrhenius关系式研究水分在复合材料内部的扩散情况,测定水分扩散系数。测试PA6与助剂的共混材料发现:5-SSIPA对PA6力学性能的改善最明显。当5-SSIPA的用量为3%时,共混材料的拉伸、弯曲性能最佳。FT-IR光谱分析表明:5-SSIPA加入后,两个羧酸基团、一个钠代磺基与分子链上的酰胺基团形成了分子间氢键。变温红外光谱测试结果显示:当测试温度升高时,5-SSIPA与酰胺基团形成的新分子间氢键具有更好的热稳定性。DSC测试结果表明:加入3%的5-SSIPA可以将PA6的结晶度由27.2%提高到35.5%,结晶温度从164.1℃提高到179.4℃,更接近熔点。从复合材料拉伸断裂面的SEM照片可以看出: PA6/GF/A复合材料中界面粘接性能最好,基体变得致密,GF在基体中的分散程度得到了很好的改善。与PA6/GF相比,PA6/GF/A复合材料的干态拉伸强度、弯曲强度分别达到了109.1MPa、169.1MPa,提高的幅度分别为21.3%和40.5%,弯曲模量达到4221.4 MPa,是PA6/GF复合材料的160.1%。对比PA6/GF与PA6/GF/A的动态力学测试(DMTA)结果发现:玻璃化转变发生后,PA6/GF/A的储能模量E′明显高于PA6/GF,损耗模量E″也略有升高,复合材料的玻璃化转变温度Tg提高了14.3℃,损耗因子tanδ值明显降低,α松弛活化能更高。同时
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