PA6咪唑盐改性蒙脱土纳米复合材料的制备与性能研究.docx

PA6咪唑盐改性蒙脱土纳米复合材料的制备与性能研究
摘要
本研究以聚酰胺6（PA6）为基体，采用改性咪唑盐和蒙脱土纳米材料作为增强剂，制备了一系列PA6/改性咪唑盐-蒙脱土纳米复合材料。通过X射线衍射、热重分析、扫描电镜等手段对所制备的复合材料进行了表征，研究了复合材料的结构、热稳定性和力学性能。结果表明，添加适量的改性咪唑盐和蒙脱土可以显著提高复合材料的力学性能和热稳定性。当改性咪唑盐的质量分数为3%时，复合材料的拉伸强度增加了25.7%，断裂伸长率提高了34.3%；蒙脱土的质量分数为5%时，复合材料的热分解温度约提高了30℃。此外，扫描电镜观察发现，改性咪唑盐和蒙脱土的加入可以显著改变复合材料的微观结构，使其更加致密。
关键词：PA6；改性咪唑盐；蒙脱土；纳米复合材料；性能
Abstract
Inthisstudy,aseriesofPA6/modifiedimidazoliumsalt-montmorillonitenanocompositeswerepreparedusingpolyamide6(PA6)asthematrix,modifiedimidazoliumsaltandmontmorillonitenanomaterialsasthereinforcement.Thestructure,thermalstabilityandmechanicalpropertiesofthecompositeswerecharacterizedbyX-raydiffraction,thermogravimetricanalysisandscanningelectronmicroscopy.Theresultsshowedthataddingappropriateamountsofmodifiedimidazoliumsaltandmontmorillonitecansignificantlyimprovethemechanicalpropertiesandthermalstabilityofthecomposites.Whenthemassfractionofmodifiedimidazoliumsaltwas3%,thetensilestrengthofthecompositematerialincreasedby25.7%,andtheelongationatbreakincreasedby34.3%;whenthemassfractionofmontmorillonitewas5%,thethermaldecompositiontemperatureofthecompositematerialwasincreasedbyabout30℃.Inaddition,scanningelectronmicroscopyobservationfoundthattheadditionofmodifiedimidazoliumsaltandmontmorillonitecansignificantlychangethemicrostructureofthecompositematerial,makingitmoredense.
Keywords:PA6;modifiedimidazoliumsalt;montmorillonite;nanocomposites;properties
引言
随着现代工业的发展，高性能复合材料在汽车、航空航天、电子等领域得到广泛应用。尤其是聚合物基纳米复合材料以其优异的性能受到了研究者的广泛关注。蒙脱土是一种常见的纳米材料，由于其良好的离子交换性及结构特征，可用于制备纳米复合材料。近年来，咪唑盐类化合物也被广泛研究，主要应用于阳离子交换、络合催化、液晶材料等领域。因此，将这两种材料作为增强剂，制备纳米复合材料，具有非常大的研究及应用价值。
实验部分
材料
聚酰胺6（PA6）、改性咪唑盐（MTMI）、蒙脱土（MMT），分别由国内的化学试剂厂家提供。
合成
首先，将固态的MTMI和PA6一起加入有机溶剂中，加热、搅拌使其充分混合，得到白色溶液，称为体系I。然后，将MMT混合于另一个有机溶剂中，将体系I依次加入其中，加热、搅拌使其充分混合，得到浆状体系。最后，将浆状体系倒入模具中，进行压力加工，压制温度为280℃，压力为20MPa。压制完毕后，将制备好的复合材料进行干燥。
表征
采用X射线衍射仪（XRD）、热重分析仪（TGA）和扫描电镜（SEM）分别对所制备的复合材料的结构、热稳定性和力学性能进行表征。
结果与讨论
X射线衍射分析
图1显示了复合材料的X射线衍射图谱。可以看到，在所有样品中，PA6表现出明显的在2θ角度为22.5°处的特征峰，而MMT表现出了在2θ角度为5.9°和7.7°处的峰。当MTMI的质量