关于聚酰胺——氧化硅纳米复合材料机械的、形态的以及热机械的调查研究.doc

关于聚酰胺——二氧化硅纳米复合材料机械的、形态的以及热机械的调查研究 Muhammad Ilyas Sarwar,1? Sonia Zulfiqar1 and Zahoor Ahmad2 1Department of Chemistry, Quaid-i-Azam University, Islamabad 45320, Pakistan 2Department of Chemistry, Faculty of Science, Kuwait University, PO Box 5969, Safat 13060, Kuwait 摘 要 背景： 聚酰胺共聚物的物理性质可以通过引入无机小分子和纳米填充物系来提高，如SiO2纳米颗粒。以二乙胺为催化剂，用原位反应引入网状SiO2进行三甲基环己烷和对酞醯胺的 聚合已经成功地制备得到透明的有机——无机溶胶——凝胶衍生物纳米复合材料。这些通过蒸发溶液而得到的包含不同比例网状无机物的薄膜的性质由机械的、热机械的和形态分析而定性。 结果： 拉力的测量表明：当有杂质混入时，在断点处的伸长率和韧性会降低，在屈服点和断点处相应的模量和应力将会得到改善。相对于纯粹的聚酰胺的应力（44MPa），当加入10wt%的二氧化硅时。我们会观察到在屈服点的最大应力值为72MPa，而当加入20wt%的二氧化硅时，在断点处的最大应力值将会升高到66MPa。当在基体中加入10wt%的二氧化硅时，弹性模量将升高到2.59GPa。玻璃化温度以及储能模量将会随着二氧化硅含量的增加而升高。当加入20wt%的二氧化硅时，会观察到玻璃化温度增加到最大值144℃。用电子显微镜扫描研究可得到二氧化硅的分散状态，它们的平均粒度在3~4nm之间。 结论： 以上的结果表明纳米复合材料具有较很高的机械强度，能够通过溶胶-凝胶过程制得。玻璃化温度的升高意味着在两相间有着更好的连结力，而形态上的研究结果表明二氧化硅以纳米量级均匀的分散在聚合物基体中。 版权：化学工业会2007 关键词：聚酰胺；复合材料；溶胶凝胶过程；应力-应变曲线；玻璃化温度；形态学 引 言 聚酰胺以其在热稳定、机械性质、高的玻璃化温度和良好的耐溶剂性等方面优异的性质而被人们所熟知。芳基聚酰胺由于其高性能以及出色的性质被广泛的用作太空材料。脂肪族类似物的聚合物一般指的就是尼龙以及那些用在许多日常生活用品中的物质。还有一类通过芳香族二酸和脂肪族缩聚而获得的玻璃状聚合物。它们就是被人们熟知的 玻璃尼龙，具有诸如良好的透光率，坚固，耐热以及硬度大等特殊性质，所以有很多工业上的应用。然而，其中的一些应用，有待于进一步提高它们的性质，所要的改善可以通过引入无机小分子和纳米填充物来实现，如二氧化硅纳米颗粒。最近，许多聚酰胺已经被用作混合有机——无机系统的母体，可以通过溶胶-凝胶过程制备。通过所需陶瓷相的性质（耐热，在高温和低热力学膨胀状态下仍具有机械强度）和那些有机聚合物（柔韧，展延性和加工成型性）的结合，有机-无机复合材料已经成为一类新型材料。 一种复合材料的性质不仅仅取决于每种组分的性质，也取决于复合材料的相形态和界面的相互作用。在两相界面相互作用的基础上，混杂型复合材料分为两类。第一种类型复合材料之间形成大量氢键，而第二种两相被共价键所连接。一般说来，这些材料是强度大，质地硬以及忍耐性好的材料，它们能够承受住大范围的温度变化。它们突出的稳定的性质让它们成功的和传统的材料（如金属类，陶瓷类）竞争，尤其是在工程上的应用。 在众多用作制备混杂型复合材料的方法中，溶胶-凝胶法是一种独特的和通用的方法。可以将它看作是一个两步形成网状物的过程，第一步是金属类醇盐的水解，第二部由缩聚组成。事先，笔者在芳基聚酰胺（纤维B）的结构修饰上做了大量的工作，接下来通过无机相，诸如SiO2,TiO2，Al2O3，ZrO2，对其强化。在溶胶-凝胶过程中，那些陶瓷相被广泛用作许多母体的强化剂，包括聚异丁烯酸甲酯，聚乙酸乙烯酯，聚吡咯烷酮乙烯酯，聚二甲基硅氧烷，环氧树脂和聚酰胺以及那些能表现出优异的光学透过率的杂化材料。Sur和Mark用溶胶-凝胶法将四乙氧基硅（TEOS）烷加入聚二甲基硅烷薄膜以使二氧化硅颗粒沉淀下来。Wilkes和他的同事报告了端羟基聚二甲基硅氧烷和聚四氢呋喃与二氧化硅的杂化物。基于ZrO2和TiO2与同样的聚合物母体的杂化物也被他们制备出来了。在杂化系统中引入ZrO2和TiO2改善了杂化物的模量和在断点处的应力。 当前的工作，是通过溶胶-凝胶过程制得透明的聚三甲基环己烷对酞醯胺酯-二氧化硅复合型材料的。TEOS作为有机前驱体被用在基体中产生硅相。为了制备杂化物，聚酰胺的原料溶液在二甲基甲酰胺中制得（DMF），以及不同比例的TEOS被加入以便在聚合物基体中生成无机网状物。这些复合材料