PTFE_Nano_AlN复合材料力学性能与熔融结晶行为研究_王登武

由于 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 在 ＰＴＦＥ 基 体 中 分 散 情 况 的 改 变 而 引 且填料含量越 高，团 聚 现 象 越 明 显，相 分 离 越 严 重，拉
起的。 当 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含 量 低 于 ２ ％ 时，ｎａｎｏ－ＡｌＮ 可 以 伸强度下降幅度也越大。
在 ＰＴＦＥ 基 体 中 较 好 地 分 散，填 料 颗 粒 与 树 脂 基 体 间 ２．２ ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复合材料的弯曲性能
术有限公司； 差示扫描量热仪（ＤＳＣ），Ｑ１０００，美国 ＴＡ 公司。
１．３ 样 品 制 备 将 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 按 分 别 按 质 量 分 数 为 ０、１ ％、２ ％、
３ ％、４ ％和５ ％的比例加入到干燥的 ＰＴＦＥ 中混合均 匀，填入模具内模压成型 后，在 高 温 烧 结 炉 中 按 设 定 的 程序进行烧结，毛坯制品 制 成 后，经 机 械 加 工 成 所 需 要
Ｆｉｇ．２ Ｂｅｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
响 与 对 拉 伸 强 度 的 影 响 是 相 似 的，弯 曲 强 度 在 ｎａｎｏ－ ２．３ ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复合材料的压缩性能
ＡｌＮ 含量为２ ％ 前 后 的 变 化 趋 势 也 是 由 于 ｎａｎｏ－ＡｌＮ
长率 随 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含 量 的 变 化 趋 势 分 别 如 图 １ 所 示。 可以 看 出，随 着 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含 量 的 增 加，ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ ＡｌＮ 复 合 材 料 的 拉 伸 强 度 先 增 大 后 减 小，而 断 裂 伸 长 率则表现出先减小后增大的趋势，且均在 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含 量为２ ％时达 到 极 值，此 时 复 合 材 料 的 拉 伸 强 度 较 纯 ＰＴＦＥ 提高１２．８６ ％，而断裂伸长率的最小值在３２０ ％ 以 上 ，降 幅 很 小 。 ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ复 合 材 料 的 拉 伸 强 度 与 断 裂 伸
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｍｅｌｔ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＴＦＥ／Ｎａｎｏ－ＡｌＮ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ＷＡＮＧ Ｄｅｎｇｗｕ１，ＷＡＮＧ Ｆａｎｇ２，ＷＥＩ Ｃｈｏｎｇ３
（１．Ｂａｓｉｃ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｘｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１０１２３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｘｕｅｑｉａｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６１，Ｃｈｉｎａ；
性降低，断裂伸长率下降。随着 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含量的进一 下 降 的 趋 势 ，ｎａｎｏ－ＡｌＮ含 量 对 复 合 材 料 弯 曲 强 度 的 影
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ＰＴＦＥ／Ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复合材料力学性能与熔融结晶行为研究
（ａ）弯 曲 强 度 （ｂ）弯 曲 模 量
图２ ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复合材料的弯曲性能
压缩与回弹性Βιβλιοθήκη 是垫片材料保证密封性良好的关在 ＰＴＦＥ 基 体 中 分 散 情 况 的 改 变 而 引 起 的。 随 着 键因素。复合材料的压缩 与 回 弹 性 能 与 基 体 材 料 的 晶
ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含量的 增 加，内 部 结 构 的 缺 陷 增 加，不 利 于 区和非晶区结构及结晶 度、填 料 的 组 成、种 类 及 含 量 均
１ 实验部分
１．１ 主 要 原 料 ＰＴＦＥ，粒径 为 ２０～３０μｍ，济 南 市 三 爱 富 氟 化 工
有限责任公司； ｎａｎｏ－ＡｌＮ，粒径为５０～６０ｎｍ，合 肥 开 尔 纳 米 技 术
发展有限责任公司； 丙 酮 ，分 析 纯 ，天 津 市 天 大 化 学 试 剂 。
１．２ 主 要 设 备 及 仪 器 高 速 混 合 机 ，ＧＨ－１０Ｂ，常 州 市 武 进 通 用 机 械 厂 ； 电 子 万 能 试 验 机 ，ＣＭＴ３５０２，深 圳 市 新 三 思 计 量 技
存在较强的界面黏合作 用，且 两 者 间 的 界 面 缺 陷 较 少，
从图２（ａ）可 以 看 出，随 着 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含 量 的 增 加，
从而使复合 材 料 的 拉 伸 强 度 得 到 一 定 程 度 的 加 强，塑 ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复合 材 料 的 弯 曲 强 度 呈 现 先 上 升 后
２０１３ 年 １１ 月
中 国 塑 料
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应用前景，但 关 于 其 性 能 的 研 究 较 少，ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含 量 对其熔融结晶行为影响的研究更是鲜有报道。笔者对 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 填充的 ＰＴＦＥ 复 合 材 料 进 行 了 力 学 性 能 测 试，并采 用 ＤＳＣ 法 研 究 了 ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复 合 材 料 熔融结晶过程，并对 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含量对复合材料熔融结 晶行为的影响进行了探讨。
应力的传递。
有着密 切 关 系。 图 ３（ａ）、（ｂ）分 别 给 出 了 不 同 ｎａｎｏ－
从图 ２（ｂ）可 以 看 出，ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含 量 对 ＰＴＦＥ／ ＡｌＮ 含量的 ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复 合 材 料 的 压 缩 率 和 回
ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复合材料弯曲模 量 的 影 响 较 为 复 杂，弯 曲 模 弹率。从图 中 可 以 看 出，ｎａｎｏ－ＡｌＮ 的 加 入 使ＰＴＦＥ基
量随 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含 量 的 增 加，呈 现 出 先 增 大 后 减 小，再 体的 压 缩 率 减 小，回 弹 率 增 加；随 着 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含 量 的
增大再减小的趋势。这是 因 为 复 合 材 料 在 弯 曲 时 受 力 增加，复合材料的压缩率 先 减 小 后 增 加，而 回 弹 率 则 先
（ａ）拉 伸 强 度 （ｂ）断 裂 伸 长 率
图１ ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复合材料的力学性能
Ｆｉｇ．１ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
长率在 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含量 为 ２ ％ 前 后 的 变 化 趋 势 主 要 是 步增加，ｎａｎｏ－ＡｌＮ 开 始 出 现 团 聚 现 象 而 导 致 相 分 离，
收 稿 日 期 ：２０１３－０６－０３ 联 系 人 ，ｆａｒｍｏｕｓｅ４０３＠ｍａｉｌ．ｎｗｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
的缺点，因 此 研 究 人 员 对 ＰＴＦＥ 的 改 性 做 了 大 量 的 研 究工作，主 要 是 通 过 添 加 不 同 的 填 料 来 提 高 ＰＴＦＥ 的 综合性能。
纳米粒 子 是 近 些 年 被 广 泛 关 注 的 性 能 优 异 的 粉 体，常用作 ＰＴＦＥ 填充剂的纳米粒子有 纳 米 碳 化 硅、纳 米氧化 铝、碳 纳 米 管 （ＣＮＴ）等［３－５］。ｎａｎｏ－ＡｌＮ 具 有 高 比表面积，高 硬 度 的 特 点，属 类 金 刚 石 氮 化 物，最 高 可 稳定到２２００ ℃，室温强度高，与 基 体 界 面 相 容 性 好，可 提高复合材 料 的 导 热 性 能、介 电 性 能 和 力 学 性 能。 此 外，因聚合物 的 结 晶 行 为 与 其 结 构 和 性 能 有 着 密 切 的 关系，一 些 研 究 者 对 ＰＴＦＥ 树 脂 的 熔 融 结 晶 行 为 进 行 了研究［６－８］。ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复 合 材 料 展 示 了 良 好 的
０ 前言
氟塑料制品 是 塑 料 的 一 个 重 要 品 类，是 在 高 分 子 结构中含有 氟 原 子 或 氟 原 子 基 团 的 聚 合 物，通 过 塑 料 成型加工 制 成 型 材、单 元 产 品 或 零 部 件，通 称 为 氟 塑 料。其中，ＰＴＦＥ 是产量和用量最大的氟塑料品种，因 其具有低摩擦因数、优异 的 耐 化 学 腐 蚀 性 能、独 特 的 不 粘性等特点，在各 领 域 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 ［１－２］ 但 ＰＴ－ ＦＥ 也 存 在 尺 寸 稳 定 性 差、压 缩 蠕 变 大、承 载 能 力 差
第 ２７ 卷 第 １１ 期 ２０１３ 年 １１ 月
中 国 塑 料
ＣＨＩＮＡ ＰＬＡＳＴＩＣＳ
Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．，２０１３
ＰＴＦＥ／Ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复合材料力学性能与熔融结晶行为研究
王 登 武１，王 芳２，危 冲３
（１．西京学院基础部，陕西 西安 ７１０１２３；２．陕西学前师范学院化学与化工系，陕西 西安 ７１００６１； ３．汉中市公安局，陕西 汉中 ７２３０００）
摘 要：采用冷压烧结成型的方法制备了聚四氟乙烯／纳米氮化铝（ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ）复合材料，考 察 了 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含 量对 ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复合材料力学性能及熔融结晶行为 的 影 响。结 果 表 明，随 着 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含 量 的 增 加，复 合 材 料 的力学性能与结晶度呈现先增大后减小的趋 势；ｎａｎｏ－ＡｌＮ 对 ＰＴＦＥ 有 异 相 成 核 作 用，提 高 了 ＰＴＦＥ 的 结 晶 速 率，但 ｎａｎｏ－ＡｌＮ 含量对 ＰＴＦＥ／ｎａｎｏ－ＡｌＮ 复合材料的结晶温度没有规律性影响。 关 键 词 ：聚 四 氟 乙 烯 ；纳 米 氮 化 铝 ；复 合 材 料 ；力 学 性 能 ；熔 融 结 晶 中 图 分 类 号 ：ＴＱ３２５．４ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１００１－９２７８（２０１３）１１－００４２－０６
的试样形状。 １．４ 性 能 测 试 与 结 构 表 征
拉伸性能按 ＨＧ／Ｔ ２９０２—１９９７ 进 行 测 试，拉 伸 速 率 为 １００ ｍｍ／ｍｉｎ；
压缩性能按 ＧＢ／Ｔ ２０６７１．２—２００６进行测试，压缩 速 率 为 ５ ｍｍ／ｍｉｎ；
弯曲性能按 ＧＢ／Ｔ １０４２—１９９２ 进 行 测 试，测 试 速 率 为 ２ ｍｍ／ｍｉｎ；
３．Ｈａｎｚｈｏｎｇ Ｐｕｂｌｉｃ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｈａｎｚｈｏｎｇ ７２３０００，Ｃｈｉｎａ）