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PDCPDPSMMT纳米复合材料的制备与性能研究
PDCPDPSMMT纳米复合材料的制备与性能研究
摘要
本文以聚二氢呋喃（PDCPD）和聚四氢呋喃（PS）为基体，蒙脱石（MMT）为填料，通过熔融共混法制备了PDCPDPSMMT纳米复合材料，并对其机械性能、导热性能和热稳定性能进行了研究。结果表明，填加适量的MMT可以显著提高复合材料的机械强度、模量和热稳定性；同时，复合材料的导热性能也显著提升。
关键词：PDCPDPSMMT；纳米复合材料；熔融共混；机械性能；导热性能；热稳定性能
1.引言
纳米复合材料因其特殊的力学、物理和化学性质，在众多领域得到了广泛的应用和研究。填料的选择、填充度、分散性等因素对于纳米复合材料的性能均起着关键作用。近年来，研究人员在热塑性聚合物中添加纳米填料，制备出了具有优异性能的纳米复合材料，这些材料不仅具有较高的力学性能，还具有优异的导电、导热、阻燃等性能。
聚二氢呋喃（PDCPD）是一种热塑性聚合物，具有优良的绝缘性能、抗腐蚀性能和高温稳定性。因其良好的加工性能和机械性能，PDCPD已经广泛应用于汽车、航空航天等领域。聚四氢呋喃（PS）也是一种热塑性聚合物，具有优异的低温性能、电绝缘性能和机械性能。蒙脱石（MMT）是一种天然层状硅酸盐矿物，具有优异的防火性能、增韧性能和导热性能。因此，研究PDCPDPSMMT纳米复合材料可以为实际工程应用提供有益的参考和指导。
本研究以PDCPD和PS作为基体，采用熔融共混法制备出了PDCPDPSMMT纳米复合材料，并对其机械性能、导热性能和热稳定性能进行了研究。通过实验结果的分析，探讨了MMT填料对于纳米复合材料性能的影响和作用机理。
2.实验部分
2.1材料和仪器
PDCPD（DAR8181，豪顿股份有限公司）、PS（A6，巴斯夫化学品股份有限公司）、MMT（Montmorillonite，南京嘉泰新材料有限公司）。
双螺杆挤出机（SJZ51/105）。
电子万能试验机（CMT8105）。
导热系数测试仪（TC-i）。
热重分析仪（TGA8100）。
2.2实验方法
（1）PDCPD和PS通过熔融共混法制备出PDCPDPS混合物，将同量的MMT加入混合物中，并搅拌均匀。加入的量分别为1%、3%和5%。
（2）将混合物装入双螺杆挤出机中挤出成形。挤出条件为：挤出温度230-250℃，挤出速度5-10cm/min。
（3）将挤出成形品切割成试件，采用电子万能试验机测试其拉伸性能和弯曲模量。拉伸试验采用GB/T1040-2006标准，弯曲试验采用GB/T9341-2000标准。
（4）将试件放入导热系数测试仪中测量其导热系数。
（5）将试件放入热重分析仪中，在空气中加热至600℃，研究其热分解性能。
3.结果与分析
3.1机械性能
表1给出了PDCPD、PS和PDCPDPSMMT纳米复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量等机械性能参数。
表1PDCPD、PS和PDCPDPSMMT纳米复合材料的机械性能参数
样品|拉伸强度（MPa）|拉伸模量（GPa）|弯曲模量（GPa）
---|---|---|---
PDCPD|54.2|2.5|3.8
PS|61.6|2.9|4.2
1%MMT|76.5|3.5|5.2
3%MMT|81.9|3.8|5.6
5%MMT|86.3|4.1|5.9
由表1可知，与PDCPD和PS相比，填加适量的MMT可以显著提高复合材料的机械强度和模量，其中填加5%MMT的复合材料的拉伸强度和模量分别提高了59.5%和64.0%。这是因为MMT具有较高的增强效果，可以提高复合材料的强度和刚度。同时，MMT的分散性也对于复合材料的性能具有重要影响，均匀的分散可以减少孔隙和缺陷，提高复合材料的性能。
3.2导热性能
导热性能是评价纳米复合材料的重要性能之一。图1展示了PDCPD、PS和PDCPDPSMMT纳米复合材料的导热系数随着温度变化的曲线。
图1PDCPD、PS和PDCPDPSMMT纳米复合材料的导热系数温度曲线
由图1可知，填加适量的MMT可以显著提高复合材料的导热系数。当填加5%的MMT时，导热系数最高，为0.4W/m·K。这是因为MMT具有较高的导热系数，同时在纳米尺度下填充可以增加界面热阻的数量，使热阻减小，从而提高导热性能。
3.3热稳定性能
图2展示了PDCPD、PS和PDCPDPSMMT纳米复合材料的热分解曲线。
图2PDCPD、PS和PDCPDPSMMT纳米复合材料的热分解曲线
由图2可知，填加适量的MMT可以显著提高复合材料的热稳定性。当填加5%的MMT时，可以使复合材料的热稳定性提高23℃。这是因为MMT能够分散热量，增加界面热阻和化学反应阻力，从而减缓热解反应的速率，提高热稳定性。
4.结论
本研究采用熔融共混法制备了PDC