高韧性尼龙6/EVOH阻隔材料的制备、形态结构及性能研究

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尼龙6 (PA6)由于其易加工、低摩擦、耐磨性好和具有较高的耐热性能,使其在工程领域有着广泛的应用,但是由于其缺口敏感性和低温易碎性而限制了其在终端领域的应用。热塑性弹性体乙烯-辛烯共聚物(POE),能很好的提高PA6的韧性,但是,与非极性的聚烯烃共混不但降低了PA6的拉伸性能而且对其阻隔碳氢小分子的性能也有很大的影响。乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)是半结晶性高聚物,当其处于干燥状态时表现出极强的对气体及小分子的阻隔性能。所以,在PA6中加入EVOH有望提高PA6的阻隔性能。但是由于PA6和EVOH的相容性有限,高含量EVOH的加入会降低共混物的力学性能。因此,为解决组分间的相容性,本论文采用了如下两种方法:一是采用原位接枝的方法,二是采用POE-g-MAH兼作增容剂和增韧剂。采用拉伸/冲击试验、吸油率、流变仪、DSC、红外光谱仪、扫描电子显微镜、动态热机械分析仪,拉伸试验机等对阻隔材料的机械性能、阻隔性能、流变性能和非等温结晶动力学及形态结构等进行了研究。本论文的主要研究内容及结果如下:1.采用熔融共混法制备了增容性PA6/POE/EVOH三元共混物,并且对三元共混物的机械性能、阻隔性能、形态结构、流变性能及非等温结晶性能进行了研究。力学性能和阻隔性研究结果表明,随着EVOH的加入,共混物的拉伸强度和阻隔性能均增大,但共混物的冲击强度先增大后降低,断裂伸长率下降;流变行为的研究结果表明,PA6/POE/EVOH共混物为假塑性流体,呈现出切力变稀的现象;EVOH的加入增大了PA6/POE/EVOH共混物的表观黏度和黏流活化能,说明共混物对温度的依赖性较强。利用差示扫描量热仪分析了共混物的非等温结晶行为,发现,经Jeziorny修正的Avrami方程和Mo法均适合于处理PA6/POE/EVOH共混物的非等温结晶动力学,PA6/POE/EVOH共混物都包括初期结晶和二次结晶两个阶段,随着EVOH含量的增加,阻碍了PA6的结晶。2.采用熔融共混制备了PA6/POE-g-MAH/EVOH三元共混物,并且系统研究了共混物的形态结构、机械性能、流变性能和阻隔性能等。SEM图像表明EVOH和POE-g-MAH与PA6的相容性均由于对方的加入得到了明显的改善,显著提高了共混物的冲击韧性;同时,EVOH的加入提高了共混物的拉伸强度,储能模量和阻隔性能,这可归结于PA6、POE-g-MAH和EVOH之间发生反应形成了网状结构造成的。流变曲线结果分析表明:PA6/POE-g-MAH/EVOH共混物为假塑性流体,呈现出切力变稀的现象;EVOH的加入增大了PA6/POE-g-MAH /EVOH共混物的储能模量、损耗模量和复数粘度;用Han方法看出共混物没有发生相分离。
摘要第4-6页
ABSTRACT第6-7页
1 绪论第13-21页
    1.1 前言第13页
    1.2 阻隔材料的种类第13-15页
        1.2.1 聚偏氯乙烯第14页
        1.2.2 聚酯类第14页
        1.2.3 聚丙烯腈第14页
        1.2.4 尼龙 6第14-15页
        1.2.5 乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)第15页
    1.3 PA 作为阻隔材料研究进展第15-17页
    1.4 EVOH 做为阻隔材料的研究进展第17-18页
    1.5 EVOH/PA 体系的研究进展第18-19页
    1.6 本论文研究意义及主要研究内容第19-21页
2 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的制备与表征第21-31页
    2.1 引言第21页
    2.2 实验部分第21-24页
        2.2.1 实验原料第21-22页
        2.2.2 实验设备第22页
        2.2.3 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的制备第22-23页
        2.2.4 阻隔材料的工艺条件设定第23-24页
    2.3 表征与测试第24页
    2.4 结果分析与讨论第24-30页
        2.4.1 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的力学性能分析第24-26页
        2.4.2 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的阻隔性能分析第26-27页
        2.4.3 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的动态热机械性能分析第27-28页
        2.4.4 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的形态结构分析第28-30页
    2.5 本章小结第30-31页
3 PA6/POE/EVOH 阻隔材料流变性能研究第31-40页
    3.1 前言第31页
    3.2 实验部分第31-32页
        3.2.1 实验原料第31页
        3.2.2 主要仪器设备第31页
        3.2.3 试验方法第31-32页
    3.3 数据处理第32-33页
    3.4 结果与讨论第33-39页
        3.4.1 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的 lgτω-lgγω流变曲线第34-35页
        3.4.2 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的非牛顿指数及稠度第35-36页
        3.4.3 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的表观粘度与剪切速率的关系第36-37页
        3.4.4 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的 lgηa-1/T 曲线与粘流活化能第37-39页
    3.5 本章小结第39-40页
4 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的非等温结晶行为研究第40-49页
    4.1 前言第40页
    4.2 实验部分第40-41页
        4.2.1 实验原料第40页
        4.2.2 主要仪器设备第40页
        4.2.3 试验方法第40-41页
    4.3 结果与讨论第41-48页
        4.3.1 EVOH 含量与降温速率对 PA6/POE/EVOH 阻隔材料结晶行为的影响第41-44页
        4.3.2 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的非等温结晶动力学-Jeziorny 方法第44-46页
        4.3.3 PA6/POE/EVOH 阻隔材料的非等温结晶动力学-Mo 法第46-48页
    4.4 本章小结第48-49页
5 PA6/POE-g-MAH/EVOH 高韧性阻隔材料的制备与表征第49-66页
    5.1 前言第49页
    5.2 实验部分第49-52页
        5.2.1 实验原料第49页
        5.2.2 实验设备第49-50页
        5.2.3 尼龙 6/POE-gMAH/EVOH 阻隔材料的制备第50页
        5.2.4 工艺条件的设定第50-51页
        5.2.5 PA6/POE-g-MAH/EVOH 高韧性阻隔材料的配方设计第51页
        5.2.6 表征与测试第51-52页
    5.3 结果与讨论第52-65页
        5.3.1 PA6/POE-g-MAH/EVOH 高韧性阻隔材料的冲击性能分析第52-55页
        5.3.2 PA6/POE-g-MAH/EVOH 高韧性阻隔材料的拉伸性能分析第55-56页
        5.3.3 PA6/POE-g-MAH/EVOH 高韧性阻隔材料的阻隔性能分析第56-57页
        5.3.4 PA6/POE-g-MAH/EVOH 高韧性阻隔材料的动态热力学机械分析第57-59页
        5.3.5 PA6/POE-g-MAH/EVOH 共混物的红外光谱分析第59-60页
        5.3 6 不同 EVOH 含量的 PA6/EVOH/POE-g-MAH 高韧性阻隔材料断面形貌分析48第60-62页
        5.3 7 不同 POE-g-MAH 含量的 PA6/EVOH/POE-g-MAH 高韧性阻隔材料的断面形貌分析第62-65页
    5.4 本章小结第65-66页
6 PA6/POE-g-MAH/EVOH 高韧性阻隔材料的旋转流变性能研究第66-73页
    6.1 前言第66页
    6.2 实验部分第66-67页
        6.2.1 实验原料第66页
        6.2.2 主要仪器设备第66页
        6.2.3 试验方法第66-67页
    6.3 结果与讨论第67-71页
        6.3.1 应变扫描第67-68页
        6.3.2 动态频率扫描第68-71页
        6.3.3 时间扫描第71页
    6.4 结论第71-73页
7 全文总结第73-76页
参考文献第76-82页
攻读硕士学位期间发表的论文第82-83页
致谢第83页
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