填料微观形态对树脂基复合材料增强增韧机理研究

来源 :宁波大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sk01230147
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本文选取性能优良的工程塑料聚对苯二甲酸丁二醇酯(pCBT)作为基体材料,棒状碳纳米管(CNTs)和球状二氧化硅(SiO2)作为无机纳米填料,具有尺寸、形状代表性,制备复合材料。首先对纳米填料进行官能化接枝改性,使其能够分散在基体材料中,且与基体材料有良好的相容性。然后采用较为简单的原位聚合加工工艺制备纳米填料增强的pCBT复合材料。  论文实验的第一部分(第二章)为,通过差示扫描量热分析(DSC)研究环状聚对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)的熔融温度,通过热重分析(TG)研究CBT和催化剂的分解温度。结果表明CBT的熔程为120-190℃,CBT的分解温度为300℃,催化剂的分解温度为235℃。偏光显微镜的在线观测结果表明CBT的聚合是一种边聚合边结晶的聚合过程,聚合过程持续约30min。由此得出CBT的聚合工艺为:在190℃熔融5min,待CBT完全熔化,催化剂的比例为0.45wt%,机械搅拌直至聚合完毕,聚合时间为30min。  论文实验的第二部分(第三章)为,利用微波辐射引发过氧化二苯甲酰(BPO),使甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体在CNTs表面聚合生成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),从而制备得到功能化改性的CNTs(CNTs-PMMA),在此基础上制备得到具有不同CNTs含量的CNTs/pCBT纳米复合材料。DSC和TG表征结果显示,随着CNTs含量的增加,CNTs/pCBT纳米复合材料的耐热性能有所提高,对应的最大失重率温度提高了约10℃。拉伸试验表明,随着CNTs含量的增加,pCBT-2wt%CNTs的pCBT复合材料的杨氏模量提高了65%,韧性提高了1.5倍。DMA表征结果显示,pCBT-2wt%CNTs复合材料的储能模量和玻璃化转变温度分别提高了1倍和10℃左右。  论文实验的第三部分(第四章)为,采用四辛基溴化铵(TOAB)改善纳米二氧化硅颗粒(SiO2)的分散,并在SiO2表面进行聚对苯二甲酸丁二醇酯(pCBT)的接枝改性。不同含量改性的SiO2(0.1wt%-2wt%)与环状聚对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)熔融共混,原位聚合制备得到SiO2/pCBT纳米复合材料。纳米复合材料的结晶性能和力学性能表征结果表明:随着SiO2含量的增多,结晶度逐渐提高;与纯pCBT相比,添加1wt%的SiO2复合材料的杨氏模量提高了22%,断裂吸收能提高约56%;此外,SiO2还能显著提高pCBT纳米复合材料的弹性模量和玻璃化转变温度。  本课题的主要研究内容为对CNTs和SiO2的表面分别进行接枝改性,制备pCBT纳米复合材料。经研究表明,此种改性的方法对pCBT复合材料的力学性能和耐热性能具有相应程度地提高。本文的研究内容为pCBT复合材料的研究提供了一种思路。
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