碳酸鈣粒徑對尼龍12碳酸鈣復合材料性能的影響

碳酸鈣粒徑對尼龍12/碳酸鈣復合材料性能的影響摘要:本文以尼龍12與碳酸鈣為原料，利用熔融混合法制備了比例相同（100:1）、碳酸鈣粒徑不同的尼龍12/碳酸鈣復合材料，利用XRD、SEM對尼龍12/碳酸鈣復合材料進行表征，通過熱重分析儀、差示掃描量熱儀、萬能材料試驗機、擺錘式沖擊儀和熔體流動速率儀對尼龍12/碳酸鈣復合材料進行性能分析，探究碳酸鈣粒徑對尼龍12/碳酸鈣復合材料性能的影響。（1）XRD表明加入碳酸鈣對尼龍12的晶體結構沒有影響。（2）SEM表明加入不同目數碳酸鈣的復合材料的沖擊斷面粗糙程度與尼龍12的差不多。（3）熱重分析表明尼龍12/碳酸鈣復合材料的穩(wěn)定性能與分解速率提高，碳酸鈣目數為1500目的尼龍12/碳酸鈣復合材料比較穩(wěn)定，而目數為800目的尼龍12/碳酸鈣復合材料分解率最大。（4）DSC表明加入不同目數碳酸鈣對非等溫結晶溫度和熔融溫度沒有影響，對等溫結晶與熔融行為也沒有影響。（5）力學性能分析表明加入碳酸鈣目數為600目時尼龍12/碳酸鈣復合材料的拉伸強度提高了14.08%，而其他目數的拉伸強度有所降低，但與尼龍12的差不多。加入不同目數碳酸鈣后，缺口沖擊強度都得到了提高，目數為600目時缺口沖擊強度最大。目數為800目時拉伸應力最大，而其他目數的拉伸應力都有所降低。（6）熔融指數分析表明加入碳酸鈣后熔融指數變大，加入碳酸鈣目數為600目的復合材料熔融指數最大，也就是流動速率最大。關鍵詞:尼龍12；碳酸鈣；粒徑；性能EffectofCalciumCarbonateParticleSizeonPropertiesofNylon12/CalciumCarbonateCompositesAbstract:Basedonthenylon12withcalciumcarbonateasrawmaterial,thenylon12/calciumcarbonatecompositematerialofthesameproportion(100:1)butcalciumcarbonateparticlesizedifferentwaspreparedbymeltmixingmethod,whichcompositecharacterizedbyXRDandSEM，andthroughthermogravimetricanalyzer,differentialscanningcalorimeterinstrument,universalmaterialtestingmachine,pendulumimpacttesterandmeltflowrateinstrumentanalyzeitsproperties.Thenexplorethecalciumcarbonatesizeeffectonthepropertiesofthenylon12/calciumcarbonatecomposites.(1)XRDconfirmedthatdopingcalciumcarbonatehasnoeffectonthecrystalstructureofnylon12.(2)SEMindicatedthattheroughnessofimpactsectionofthecompositeswithdifferentmeshnumberofcalciumcarbonatewassimilartothenylon12.(3)Thermogravimetricanalysisshowedthatthestabilityanddecompositionratewereimprovedofthenylon12/calciumcarbonatecompositematerial.Thenylon12/calciumcarbonatecompositematerialwasstablewiththenumberofcalciumcarbonatemeshfor1500,whileitwiththenumberofcalciumcarbonatemeshfor800havethemaximumdecompositionrate.(4)DSCshowedthatthedopingofcalciumcarbonatewithdifferentmeshnumbershadnoeffectonthenon-isothermalcrystallizationtemperatureandmeltingtemperature,notontheisothermalcrystallizationandmeltingbehaviortoo.(5)Mechanicalanalysisshowedthattensilestrengthofthenylon12/calciumcarbonatecompositesmaterialimprovedby14.08%whenthecalciumcarbonatemeshnumberis600.Othersisdecreased,butitswassimilarofthenylon12.Afterdopingdifferentmeshnumberofcalciumcarbonate,thenotchimpactstrengthisimproved,andthenotchimpactstrengthisthemaximumwhenthemeshnumberwas600.Whenthemeshis800,thetensilestressisthehighestbutothersisdecreased.(6)Meltindexanalysisindicatedthatthemeltindexwasincreasedafterdopingcalciumcarbonate,andthemeltindexofcompositematerialwithcalciumcarbonateisthemaximum,thatistheflowrateisthemaximum.Keywords:Nylon12;Calciumcarbonate;Particlesize;performance1概述1.1尼龍12的概述尼龍12學名叫聚十二內酰胺(Nylon12，PA12)，是一種具有獨特性能的工程塑料。熔點為210℃～220℃，相對密度是1.02g/cm3，是尼龍家族中最小的尼龍。尼龍12應用廣泛，如開關，電氣設備，按鈕和按鍵，電池密封件，高壓開關外殼，齒輪和機架，繼電器和計數器外殼等[1]。尼龍12的工業(yè)生產路線主要有兩條：一條是用丁二烯作為原料制備尼龍12，此路線又有三種方法，分別是氧化肟化法、斯尼亞法與光亞硝化法。1966年，德國的Hüls公司最早用氧化肟化法制備尼龍12，從而實現了工業(yè)化；另一條是用環(huán)己酮作為原料合成尼龍12，1969年，英國的B.PChemicals公司開發(fā)出該方法合成尼龍12，然后由日本的宇部興產公司實現工業(yè)化。意大利的斯尼亞(Snia)公司、法國的阿托化學(Atochem)公司也都先后實現了尼龍12的工業(yè)化生產[2,3]。二十世紀七十年代以來，我國一些研究所對尼龍12先后進行一系列的研究，例如巴林石化公司研究院、上海市合成樹脂研究所等，但是因為合成過程復雜、設備、技術不夠成熟等各種原因，最后沒有實現國產化生產。經統計發(fā)現，尼龍12的生產主要被外國企業(yè)壟斷，所以，研發(fā)出屬于我國的尼龍12工業(yè)生產技術是很有必要的[4]。1.2尼龍12復合材料的研究進展 2013年，胡新利以碳纖維為導熱填料制備了碳纖維/尼龍12復合材料，并研究復合材料的熱導率、耐熱性等性能，結果表明，復合材料的熱導率和耐熱性得到了提高[5]。2015年，姜凱澤以PA12為基體，石灰石為無機填料，共混制得PA12/石灰石復合材料，結果表明，激光燒結技術的新型的具有低成本、低碳環(huán)保、高效節(jié)能、高成形精度以及良好的機械性能等優(yōu)點的可持續(xù)型尼龍12/石灰石復合材料[6]。2018年，ChengmeiGui課題組制備了Ni/PA12和GO-Ni/PA12復合粉末，并對其激光燒結性能進行了研究。結果表明，醋酸蝕刻的PA12粉體表面可形成許多缺陷，Ni/PA12和GO-Ni/PA12復合粉體可在PA12表面形成平板。在鍍液中加入氧化石墨烯可以促進鎳粒子的沉積，氧化石墨烯可以使NiO在PA12表面得到更好的結晶，但會抑制鎳粒子的生長和鎳鍍層的結晶度[7]。2019年，JiamingBai等課題組以固體潤滑劑MoS2為增強填料，制備了PA12/MOS2復合材料，。對燒結后的PA12/MoS2和PA12的摩擦學和力學性能進行了研究。結果表明，降低了摩擦系數和改善了復合材料的力學性能[8]。1.3本論文研究的主要內容及特色1.3.1主要內容本文以尼龍12和碳酸鈣為原料，利用封閉式密煉機進行熔融混合制備純PA12和PA12/碳酸鈣復合材料，利用微型注塑機進行注塑成啞鈴型和方型樣品。通過熱重分析儀（TGA）、X射線衍射儀（XRD）、差示掃描量熱儀(DSC)、萬能材料試驗機、擺錘式沖擊儀、溶體流動速率儀、場發(fā)射掃描電子顯微鏡對純PA12和PA12/碳酸鈣復合材料樣品進行測試，并進行分析，研究改變碳酸鈣的粒徑對PA12/碳酸鈣復合材料性能的影響。1.3.2課題特色PA12的化學穩(wěn)定性好，耐油性優(yōu)異，耐磨優(yōu)良和幾何穩(wěn)定性較好等性能，應用廣泛。目前，以PA12為主的尼龍材料在3D技術燒結材料中占了90%以上的比例[9]。本文所研究的PA12/碳酸鈣復合材料的制備主要原料是尼龍12和碳酸鈣，而尼龍12的成本高。為了降低成本，加入適量的填充劑。碳酸鈣是填充劑和改性劑之一，成本也不高，而賀州市是重鈣之都，有著豐富的碳酸鈣資源。所以研究碳酸鈣作為填充劑和改性劑制備PA12/碳酸鈣復合材料及其性能是很有意義的。2尼龍12/碳酸鈣復合材料的材料與方法2.1實驗部分表1原料一覽表原料名稱原料產地原料規(guī)格PA12武漢華科三維科技有限公司50-65μm碳酸鈣廣西賀州市科隆粉體有限公司600/800/1000/1500/2000目表2儀器設備一覽表儀器設備名稱型號制造商密閉式密煉機ZG-0.2LJ東莞市正工機電設備有限公司電子天平JJ500常熟市雙杰測試儀器廠電子天平CP214奧豪斯儀器（上海）有限公司500克密封型搖擺式粉碎機XL-10B廣州市旭朗機械設備有限公司微型注塑機SZS-20武漢瑞鳴實驗儀器有限公司差示掃描量熱儀DSC25美國TA公司熱重分析儀TGA4000美國珀金埃爾默股份有限公司X射線衍射儀RigakuUltimaIV日本理學UltimaIVTM萬能材料試驗機INSTRON3367美國英斯特朗公司擺錘式沖擊儀7614.00美國英斯特朗公司溶體流動速率儀MFI-1211承德市金建檢測儀器有限公司場發(fā)射掃描電子顯微鏡JSM-7610F日本JEOL公司2.2PA12/碳酸鈣復合材料的制備2.2.1制備的具體過程稱取純的尼龍12和比例一定（W/W=100/1）的尼龍12和碳酸鈣一共200g，其中改變碳酸鈣的粒徑（600目，800目，1000目，1500目，2000目），倒入塑料袋簡單混合；再倒入密煉機的密煉室中，在210℃的溫度和頻率為27Hz條件下混合密煉5min，趁熱迅速排料，借助人造崗石將其壓成薄片，便于粉碎；待冷卻后，轉移到粉碎機中粉碎，粉碎成大小差不多的小顆粒，得到顆粒成品；最后將顆粒成品加入到注塑機的注射套內，在注射溫度為210℃，模板溫度為40℃的條件下，停留熔融5min，再進行注塑成型，根據需要更換模板，注塑成啞鈴型和長方形兩種形狀的樣品，按照加入尼龍12和不同粒徑的碳酸鈣制備得的樣品分別表示為純PA12、PA12/碳酸鈣（600目)、PA12/碳酸鈣（800目)、PA12/碳酸鈣（1000目)、PA12/碳酸鈣（1500目)、PA12/碳酸鈣（2000目)。2.2.2制備過程示意圖圖2-1尼龍12/碳酸鈣復合材料的工藝流程圖2.3PA12/碳酸鈣復合材料的表征2.3.1熱重分析儀（TG）測試利用美國珀金埃爾默股份有限公司的TAG4000型熱重分析儀，在0.2MPa的氮氣保護，以10℃/min的升溫速度從30℃升溫到650℃，對PA12和PA12/碳酸鈣復合材料樣品進行熱重測試，并且分析數據。3.3.2X射線衍射儀（XRD）測試采用日本理學UltimaIVTM公司的X射線衍射儀，2θ的掃描范圍是5°～50°，速率為10°/min，操作電壓為40kV，電流為40mA，對PA12和PA12/碳酸鈣復合材料樣品進行XRD測試，分析樣品是否是我們想要的物質和加入碳酸鈣后對晶體結構有什么影響。3.3.3差示掃描量熱儀(DSC)測試采用差示掃描量熱儀，稱取8-10mg的PA12和PA12/碳酸鈣復合材料樣品在氮氣保護和機械制冷的條件下進行測試，分析其結晶與熔融行為。非等溫結晶與熔融：（1）先以10℃/min升溫速度從室溫升到220℃，220℃停留1min消除熱歷史。（2）再分別以40℃/min、20℃/min、10℃/min、5℃/min、2.5℃/min的降溫速度從220℃降到-20℃。中間每次升溫都是10℃/min升溫速度從-20℃升到220℃，停留時間均為1min。（3）最后再以10℃/min升溫速度從-20℃升到220℃。等溫結晶與熔融：（1）先以10℃/min的升溫速度從室溫升到220℃，停留1min消除熱歷史。（2）再以100℃/min降溫速度從220℃分別降溫到151℃、152.5℃、154℃、155.5℃、157℃、158.5℃，相對應的停留時間分別為10min、15min、30min、30min、40min、45min。中間都是以10℃/min的升溫速度升到220℃，并且停留時間都是1min。（3）最后再10℃/min的升溫速度升到220℃。3.3.4力學性能的測試拉伸強度和拉伸應力測試：試樣經過SZS-20微型注塑機注塑成啞鈴狀后，在室溫平衡48小時，再利用萬能試驗機對純PA12和PA12/碳酸鈣（粒徑不同）復合材料樣品進行拉伸強度和拉伸應力的測試。啞鈴狀樣條的厚度為2mm，寬度為5mm，測試標距為40mm，拉伸速率為50mm/min，每個試樣進行4次測試。懸臂梁缺口沖擊強度測試：根據GB/T1843-2008，試樣經過SZS-20微型注塑機注塑成尺寸為80mm·10mm·4mm，在室溫中平衡48小時[10]，再利用擺錘式沖擊儀對純PA12和PA12/碳酸鈣（粒徑不同）復合材料樣品進行測試，每個試樣測4次，記錄數據。3.3.5熔融指數的測試利用溶體流動速率儀對純PA12和PA12/碳酸鈣（粒徑不同）復合材料進行熔融指數的測定，計算其熔融指數并分析。溶體流動速率儀的溫度設置為210℃，測量次數為4次，時間為5s，砝碼負荷是1.200kg，溶體流動指數的計算公式為：MFR=600·m/t待溫度達到設定溫度并恒溫10min，稱取5g的樣品，裝入料筒并用壓料桿壓實，等待聽到可以測量的聲音（嗡嗡響三聲），加上砝碼，環(huán)線與頂部對齊時，點擊預切，再開始測量，收集連續(xù)切的四根樣條，冷卻后稱量，并計算熔融指數。3.3.6場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）的測試先將樣品進行噴金(噴金時間為120s)，再利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡對PA12及其與碳酸鈣復合材料進行測試，并分析其斷裂面的形貌。4結果與分析 4.1TG與DTG分析利用熔融混合法制備摻雜粒徑不同的碳酸鈣制備PA12/碳酸鈣（一定比例）復合材料，利用熱重分析儀對其進行測試，得TG曲線和DTG曲線如如圖4-1、圖4-2所示。圖4-1為PA12與尼龍12/碳酸鈣復合材料的TG曲線，最高升溫到650℃。從圖中可以看出，摻雜有碳酸鈣的樣品開始失重時間（5%熱失重分解時間）比純尼龍12的遲，加入碳酸鈣樣品的剩余質量比尼龍12的多，并且碳酸鈣粒徑為1500目時，最為明顯，說明加入碳酸鈣粒徑為1500目的尼龍12/碳酸鈣復合材料是本文所研究中穩(wěn)定性最好的。這可能是碳酸鈣分散到尼龍12中，與尼龍12發(fā)生強烈的界面反應，碳酸鈣粒子起到阻礙熱量傳導和氣體擴散作用，阻止熱量傳導，從而提高穩(wěn)定性[11]。圖4-2為PA12與尼龍12/碳酸鈣復合材料的DTG曲線，從圖中可以看出，摻雜碳酸鈣到尼龍12中的復合材料的分解速率都比尼龍12的分解速率大，而碳酸鈣粒徑為800目時，復合材料分解速率最為明顯，速率是最大的。圖4-1PA12/碳酸鈣復合材料的TG曲線圖4-2PA12/碳酸鈣復合材料的DTG曲線4.2XRD分析圖4-3PA12/碳酸鈣復合材料的XRD曲線尼龍12有兩個晶型結構α型和γ型[12]。利用RigakuUltimaIV型的X射線衍射儀對PA12/碳酸鈣復合材料進行掃描得圖4-3，如圖顯示，尼龍12在2θ=22°出現了單衍射峰（為γ晶型）[12,13]。而加入碳酸鈣后復合材料出現了兩個衍射峰，在2θ=29.6°（104面）出現的衍射峰為碳酸鈣的衍射峰[14]。從圖中可以看出，加入碳酸鈣復合材料的尼龍12特征峰與純尼龍12的特征峰的位置與寬度基本一致，說明加入碳酸鈣后，對尼龍12的晶體結構沒有影響。4.3DSC分析4.3.1非等溫結晶與熔融行為圖4-4尼龍12/碳酸鈣復合材料的不同降溫速率的非等溫結晶DSC曲線(c)(e)(c)(e)圖4-5尼龍12/碳酸鈣復合材料非等溫結晶度-時間關系曲線表4-1尼龍12/碳酸鈣復合材料的不同降溫速率的非等溫結晶的特征參數樣品降溫速率(℃/min)結晶溫度(℃)半結晶時間t1/2(min)PA12600目800目1000目1500目2000目2.551020402.551020402.551020402.551020402.551020402.55102040159.13156.77153.11148.30141.96159.22157.12153.98149.88144.05159.01156.77153.54149.29143.50158.90156.66152.99148.74143.30159.80157.33154.21150.31144.84159.01156.57153.22149.20143.302.631.270.710.420.312.021.250.720.430.302.351.240.720.470.302.431.360.700.450.303.041.400.760.430.292.561.260.750.460.32圖4-6尼龍12/碳酸鈣復合材料的不同降溫速率的非等溫熔融行為DSC曲線表4-2龍12/碳酸鈣復合材料的不同降溫速率的非等溫熔融行為的參數樣品降溫速率（℃/min）非等溫熔融溫度（℃）PA12600目800目1000目1500目2000目2.551020402.551020402.551020402.551020402.551020402.55102040177.48177.94178.56178.89179.23177.32177.94178.44178.89179.35177.48178.12178.56178.90179.23177.15177.78178.11178.57178.90177.32177.94178.44178.73178.90177.32177.94178.44178.73178.89圖4-4是尼龍12/碳酸鈣復合材料的非等溫不同速率降溫結晶曲線圖以及表4-1是其特征參數表格。由圖4-4和表4-1可以看出隨著降溫速率的提高，開始結晶溫度在降低，結晶峰向低溫方向移動，結晶溫度降低，越容易結晶，而且峰寬度也隨之變得更寬。從圖中還發(fā)現，降溫速率為2.5℃/min和5℃/min時出現雙結晶峰，降溫速率等于或大于10℃/min出現單結晶峰?？赡苁请S著降溫速率的增加，峰寬越大，高分子鏈來不及排列進入晶格，需要更低的溫度完成了結晶，因此結晶不夠充分[15]。加入不同目數碳酸鈣的復合材料樣品與純尼龍12在相同速率降溫，結晶溫度變化不大，說明加入碳酸鈣對尼龍12的非結晶沒有影響。圖4-5是尼龍12/碳酸鈣復合材料非等溫不同速率降溫結晶的結晶度與時間的關系曲線，從圖中可以看出，隨著降溫速率的增加，完成結晶的時間在變短，這是因為較大降溫速率有利于成核，更多的分子就近排入晶格從而結晶溫完成的時間變短[16]。加入不同目數的碳酸鈣后，復合材料的半結晶時間基本不變，說明加入碳酸鈣后，對尼龍12的非結晶沒有什么影響。圖4-6是尼龍12/碳酸鈣復合材料的非等溫不同速率降溫結晶后再以同樣的速率(10℃/min)升溫熔融曲線圖，表4-2是其參數表。結合圖4-6和表4-2可以發(fā)現，隨著降溫速率的增加，出現雙重熔融峰，二次熔融溫度變化不大，隨著降溫速率的減小，第一個熔融峰向第二個熔融峰移動，這是因為隨著降溫速率的降低，在高溫區(qū)停留時間比較長，熔融比較充分。。而相同速率降溫后熔融，加入不同目數碳酸鈣的熔融溫度與尼龍12的相差不大，說明加入不同目數碳酸鈣對尼龍12/碳酸鈣復合材料熔融沒有影響，降溫速率對其熔融有影響。這是因為熔融溫度與片晶的厚度有關[17]。可能是本文研究中加入少量,所以沒有影響。4.3.2等溫結晶與熔融行為(a)(a)圖4-7尼龍12/碳酸鈣復合材料不同等溫結晶曲線圖4-8尼龍12/碳酸鈣復合材料等溫結晶度-時間關系曲線表4-3尼龍12/碳酸鈣復合材料的不同降溫速率的等溫結晶的特征參數樣品降溫速率(℃/min)結晶溫度(℃)半結晶時間t1/2(min)PA12600目800目1000目1500目2000目100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100100151152.5154155.5157158.5151152.5154155.5157158.5151152.5154155.5157158.5151152.5154155.5157158.5151152.5154155.5157158.5151152.5154155.515780.270.310.360.370.330.460.560.300.360.450.280.360.490.260.250.260.290.380.680.310.390.464-9尼龍12/碳酸鈣復合材料的等溫熔融曲線表4-4龍12/碳酸鈣復合材料的不同降溫速率的等溫熔融行為的參數(c)(c)樣品結晶溫度（℃/min）等溫熔融溫度（℃）PA12600目800目1000目1500目2000目151.0152.5154.0155.5157.0158.5151.0152.5154.0155.5157.0158.5151.0152.5154.0155.5157.0158.5151.0152.5154.0155.5157.0158.5151.0152.5154.0155.5157.0158.5151.0152.5154.0155.5157.0158.5179.28197.00178.66178.56178.32178.14178.90178.56178.30178.14177.95177.70179.38179.12178.90178.66178.47178.23179.05178.81178.66178.61178.56178.47179.47179.23178.99178.76178.61178.47179.61179.27178.97178.77178.57178.27圖4-7和圖4-8分別尼龍12/碳酸鈣復合材料在不同溫度下的等溫結晶曲線和相對結晶度與時間的關系曲線，表4-3尼龍12/碳酸鈣復合材料等溫結晶的參數。從圖中和表中參數可以發(fā)現，隨著結晶溫度的升高，熱流量也逐漸變大，結晶峰越寬，結晶時間就越長，也就是結晶速率降低，因為結晶溫度變高，分子熱運動就會變得劇烈，隨之生成的晶核變得不穩(wěn)定，導致結晶速率降低[18]。同一結晶溫度，加入不同目數碳酸鈣的尼龍12/碳酸鈣復合材料的結晶時間與尼龍12的結晶時間基本相同，說明加入碳酸鈣不影響尼龍12基體的等溫結晶。圖4-9表4-4分別是尼龍12/碳酸鈣復合材料在不同溫度下以10℃/min升溫到220℃的等溫熔融曲線和尼龍12/碳酸鈣復合材料的熔融參數。從圖中我們可以發(fā)現，熔融過程中出現兩個熔融峰，且隨著結晶溫度的提高，第二熔融峰位置基本相同，結晶溫度基本不變，說明隨著等溫結晶溫度升高，對第二熔融沒什么影響。而第一個熔融峰隨著溫度的升高逐漸向高溫區(qū)移動，越接近第二次熔融峰，原因可能是等溫結晶溫度升高，形成的結晶比較完善，如果達到熔融狀態(tài)，就需要更高的能量去破壞晶體[19]。加入碳酸鈣后，熔融曲線與PA12比較基本沒有什么變化，說明加入不同目數碳酸鈣不影響尼龍12/碳酸鈣復合材料的等溫熔融。這可能是加入的碳酸鈣量少且分散均勻。4.4力學性能分析圖4-10PA12/碳酸鈣復合材料的拉伸應力-拉伸應變的曲線表4-5PA12/碳酸鈣復合材料的沖擊強度數據表碳酸鈣粒徑拉伸應變(位移)在最大值載荷（mm/mm）拉伸強度(MPa)沖擊強度(KJ/m2)PA12PA12/碳酸鈣(600目)PA12/碳酸鈣(800目)PA12/碳酸鈣(1000目)PA12/碳酸鈣(1500目)PA12/碳酸鈣(2000目)3.164722.954623.660132.78232.989383.3303353.8518446.4331361.4349251.2458353.177749.877523.5704.9983.643.8353.6053.628圖4-10是尼龍12/碳酸鈣復合材料的拉伸應力-拉伸應變的曲線。從圖中可以看出，拉伸應力是隨著拉伸應變的增大而變大，達到最大承受負荷時，就會脆斷。PA12、PA12/碳酸鈣(600目)、PA12/碳酸鈣(800目)、PA12/碳酸鈣(1000目)、PA12/碳酸鈣(1500目)、PA12/碳酸鈣(2000目)所承受的最大應力分別為58.25507MPa、57.07357MPa、67.91829MPa、55.46939MPa、56.666MPa、53.31878MPa，由此可知，摻雜碳酸鈣粒徑為800目的尼龍12/碳酸鈣復合材料的拉伸應力承受最大值比純尼龍12的大，提高了16.59%，而加入其它目數碳酸鈣的復合材料的最大拉伸應力有所降低。拉伸應力-拉伸應變的曲線的峰值越高，就說明了軸向抗拉強度就越大，圖中顯示，達到峰值后迅速下降，說明尼龍12與尼龍12/碳酸鈣復合材料是脆性材料[20]。拉伸強度分析：借助萬能材料試驗機測試PA12/碳酸鈣復合材料的拉伸強度，數據如下表4-5。表4-5是PA12/碳酸鈣復合材料的拉伸強度數據表，表中顯示，加入碳酸鈣為600目的尼龍12/碳酸鈣復合材料的拉伸強度提高了14.08%，而其它目數的復合材料的拉伸強度有所降低，但變化不大。變化不大的原因有可能是因為碳酸鈣分散在尼龍12里比較均勻，相容性較好[21]；而粒徑為600目時，拉伸強度提高的原因有可能是碳酸鈣顆粒太大，導致分散不均勻和相容性不好。懸臂梁缺口沖擊強度分析：借助萬能材料試驗機對PA12/碳酸鈣復合材料的缺口沖擊強度測試。表4-5為PA12/碳酸鈣復合材料懸梁缺口沖擊強度參數。表中顯示，摻雜不同目數的碳酸鈣之后，復合材料的沖擊強度都得到了提高，碳酸鈣粒徑為600目、800目、1000目、1500目、2000目時，復合材料的沖擊強度分別提高了40%、1.96%、7.42%、0.98%、1.62%；加入碳酸鈣目數為600目時復合材料缺口沖擊強度是最大。這可能是由于CaCO3的添加阻止和鈍化了銀紋的擴散,改善了尼龍12/碳酸鈣復合材料的抗裂紋擴展能力，有效地抵抗了大分子的移位、錯位，從而提高了材料沖擊強度[21,22]。4.5熔融指數分析圖4-11是PA12/碳酸鈣復合材料的熔融指數曲線，由圖可以看出，沒有線性的規(guī)律，但是加入碳酸鈣后，復合材料的熔融指數都變大，也就是熔體流動速率變大，最高可達到19.2g/10min，可能是碳酸鈣在復合材料中扮演者潤滑劑的角色，從而提高了熔體流動速率[23]。圖4-11尼龍12/碳酸鈣復合材料的熔融指數與碳酸鈣目數的關系曲線4.6SEM分析圖4-12尼龍12/碳酸鈣復合材料的SEM圖圖4-12是利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡對尼龍12/碳酸鈣復合材料沖擊斷面進行掃描電鏡圖。每個樣品分別放大100倍和1000倍。從圖中可以看出，加入600目、800目、1000目、1500目、2000目的碳酸鈣后尼龍12/碳酸鈣復合材料缺口沖擊斷截面的粗糙程度差不多，沒有看到碳酸鈣的團聚現象，可能是碳酸鈣在尼龍12中分散性較好或是摻雜碳酸鈣的量少。粗糙可能是尼龍12/碳酸鈣復合材料在斷裂時產生一些裂紋[24]。4結論本論文是以尼龍12與碳酸鈣作為原料，比例不變（100:1），加入不同目數的碳酸鈣，采用熔融混合法制備尼龍12/碳酸鈣復合材料，通過借助儀器研究改變碳酸鈣粒徑對尼龍12/碳酸鈣復合材料的影響，得到的結論如下：（1）通過熱重分析儀分析表征，加入碳酸鈣后尼龍12/碳酸鈣復合材料穩(wěn)定性和分解速率比尼龍12的強，目數為碳酸鈣目數為1500目的復合材料比較穩(wěn)定，而目數為800目的復合材料分解率最大。（2）通過XRD分析表征，加入不同目數碳酸鈣后尼龍12的衍射峰的位置基本不變，說明加入碳酸鈣對尼龍12的晶體結構沒有影響。（3）通過DSC分析了非等溫結晶與熔融行為、等溫結晶與熔融行為。非等溫結晶溫度隨著升溫速率的提高而降低，結晶度隨著降溫速率的升高而變小，加入不同粒徑的碳酸鈣對結晶溫度和結晶度都沒有影響；非等溫熔融溫度與晶片的厚度有關，本文加入少量的碳酸鈣，不影響非等溫熔融溫度。隨著等溫結晶溫度的升高，結晶速率降低，加入不同目數碳酸鈣對等溫結晶與熔融行為沒有影響。（4）通過力學性能分析了尼龍12/碳酸鈣復合材料的拉伸應力與拉伸應變的關系、拉伸強度、缺口沖擊強度。加入碳酸鈣目數為800目時復合材料的拉伸應力最大，而其他目數的拉伸應力都有所降低。加入碳酸鈣目數為600目時復合材料拉伸強度提高了14.08%，而其他目數的拉伸強度都有所降低，但與尼龍12的差不多。加入不同目數碳酸鈣后，缺口沖擊強度都得到了提高，目數為600目時復合材料的缺口沖擊強度最大。（5）通過熔融指數分析表明，加入碳酸鈣后熔融指數變大，加入碳酸鈣目數為600目的復合材料熔融指數最大。（6）通過掃描電鏡分析，加入不同目數碳酸鈣復合材料的沖擊斷面與純尼龍12的差不多，沒有碳酸鈣團聚現象。參考文獻[1]李剛.尼龍12/聚乙烯醇共混材料阻隔與活性包裝系統研究[D].湖北大學,2017.[2]高建輝.分子量對尼龍12性能的影響[D].鄭州大學，2017.[3]孫丹丹,李江,任慶佩等.己內酰胺與十二內酰胺共聚尼龍的合成[J].杭州師范大學學報(自然科學版),2014,13(04):345-348.[4]文超,朱志華,劉柏平.十二內酰胺兩段式水解聚合合成PA12的研究[J].合成纖維工業(yè),2015,38(05):26-30.[5]胡新利.尼龍12和環(huán)氧樹脂導熱復合材料的制備及性能研究[D].上海交通大學,2013.[6]姜凱澤.尼龍12/石灰石復合材料激光燒結關鍵技術研究[D].東北林業(yè)大學,2015.[7]ChengmeiGui,ZhenmingChen,ChenguangYao,GuishengYang.Preparationofnickel/PA12compositeparticlesbydefect-inducedelectrolessplatingforuseinSLSprocessing.[J].Scientificreports,2018,8(1).[8]Jiami