高透光率韧性有机玻璃的制备与研究

摘要

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种重要的有机透明材料，它具有优异的光学性能，化学稳定性，耐候性和电绝缘性，但其质脆，抗冲强度低限制了它的应用。 本文首先用本体法合成了一系列苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈的共聚物。通过红外光谱法，动态力学分析法和阿贝折光仪对材料的组成、结构和折光指数的关系进行了研究。研究表明：单体配比对材料的折光指数有明显影响，这是因为每一种单体单元的折光力不同，高折光力的单体单元含量高则材料的折光指数就高，反之就低。有极性单体参与共聚时，材料折光指数的实测值与理论值可能会出现较大偏差。 采用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯为单体，分别用1，4-丁二醇二丙烯酸酯和甲基丙烯酸烯丙酯为交联剂，通过多步种子乳液聚合法合成了PMMA/P(BA-St)/PMMA(ACR改性剂)和增韧的有机玻璃树脂。在对共聚物折光指数的研究基础上，采用高分子设计的方法，通过使橡胶层与基体折光指数相匹配，使改性后的材料的透光率得以保持。 借助TA-2000热分析仪，动态力学分析仪(DMA)，XWB-300F型维卡软化点温度测定仪，毛细管流变仪等手段分别对改性后材料的热稳定性、动态力学性能、维卡软化点温度、流变性能等进行了测试和表征。通过动态光散射粒径分析仪，TEM考察了ACR或增韧的PMMA复合胶乳粒子的形态结构。借助球形浊度计对材料的透光率和雾度进行了表征。 研究表明：增韧的有机玻璃树脂的缺口冲击强度随橡胶相含量的增加而显著提高，拉伸强度则相应的下降。共混材料的维卡软化温度随ACR的增加而略有增加；复合树脂的维卡软化温度比纯PMMA略有下降；ACR的加入使得树脂的流动性能增加；复合树脂的透光率与纯PMMA的透光率相当；电镜照片显示：ACR呈现明显的核壳结构，并且增韧橡胶粒子均匀分散于基体之中。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2有机玻璃的历史沿革及发展现状

1.2.1世界概况

1.2.2国内概况

1.3关于聚合物的共混改性

1.4聚合物增韧机理

1.5影响抗冲强度的主要因素

1.5.1树脂基体的影响

1.5.2橡胶相的影响

1.6核-壳结构乳胶粒的生成机理

1.7有机玻璃增韧途径及国内外研究进展

1.7.1共聚增韧

1.7.2掺入第二相粒子共混增韧

1.7.3采用双轴定向拉伸及多层复合工艺

1.7.4纤维增强增韧

1.7.5有机玻璃增韧途径小结

1.8本论文的主要研究内容

第二章实验部分

2.1主要实验原料及处理

2.2主要仪器及设备

2.3 St,MMA,AN共聚物浇注板的合成

2.4聚丙烯酸酯乳液的合成

2.4.1 PMMA/P(BA-St)/PMMA乳液(简称ACR)的合成

2.4.2 PMMA/P(BA-St)/PMMA复合树脂的合成

2.5ACR胶乳粒子形态结构的测定

2.6红外光谱对材料组成的分析

2.7材料的动态力学分析(DMA)

2.8材料力学性能的测试

2.8.1测试样条的制备

2.8.2材料冲击强度的测试

2.8.3材料拉伸强度的测试

2.9材料软化点温度的测定

2.10流变性能的测定

2.10.1仪器与配料

2.10.2操作步骤

2.10.3数据处理

2.11材料热稳定性能的测试

2.12透光率和雾度的测试

2.13共聚物折光指数的测定

第三章有机玻璃的主要性能及影响因素

3.1有机玻璃的物理及化学性能

3.1.1有机玻璃的基本物理性能

3.1.2其它物理及化学性能

3.2有机玻璃的力学性能

3.3有机玻璃的耐环境性能

3.3.1溶解性能

3.3.2耐大气老化性

3.4影响有机玻璃性能的几个因素

3.4.1温度的影响

3.4.2载荷的影响

3.4.3环境因素的影响

3.5有机玻璃的几个技术指标

3.5.1透光率与雾度

3.5.2黄色指数

3.5.3热变形温度与维卡软化点

3.5.4冲击强度

3.6本章小结

第四章共聚物性能的预测

4.1前言

4.2折光指数的分子设计

4.3共聚物的合成及光学性能研究

4.3.1 MMA-AN共聚合的研究

4.3.2 St-MMA共聚合的研究

4.3.3 St-AN共聚合的研究

4.4本章小结

第五章ACR改性剂增韧有机玻璃的研究

5.1 ACR改性剂简介

5.2 ACR改性剂增韧有机玻璃的理论基础与可行性

5.3 ACR改性剂与有机玻璃模塑料共混时的工艺问题与解决

5.4 ACR乳胶粒径的透射电镜分析

5.5乳化剂浓度对乳胶粒粒径的影响

5.6 ACR改性剂对有机玻璃机械性能的影响

5.6.1 ACR含量对有机玻璃机械性能的影响

5.6.2乳化剂含量对有机玻璃机械性能的影响

5.6.3 ACR的橡胶相交联剂对有机玻璃机械性能的影响

5.6.4 ACR的橡胶相单体比对有机玻璃机械性能的影响

5.6.5分子量调节剂对共混树脂机械性能的影响

5.7 ACR改性剂对复合材料透光率的影响

5.7.1 ACR的橡胶相中St含量对材料透光率的影响

5.7.2 ACR含量对材料透光率的影响

5.8 ACR改性剂对有机玻璃维卡软化温度的影响

5.9 ACR改性剂对有机玻璃流变性能的影响

5.10ACR改性剂对有机玻璃热稳定性的影响

5.11本章小结

第六章原位法制备有机玻璃复合树脂的结构与性能

6.1前言

6.2乳液的粒径及其分布

6.3复合乳胶粒子的形态结构

6.4韧性粒子对材料机械性能影响

6.4.1韧性粒子粒径对材料力学性能的影响

6.4.2韧性粒子橡胶相组成对材料力学性能的影响

6.4.3橡胶含量对材料力学性能的影响

6.4.4韧性粒子橡胶相交联剂含量对材料力学性能的影响

6.4.5韧性粒子包容物对材料力学性能的影响

6.5韧性粒子对材料光学性能的影响

6.6扫描电镜分析

6.7韧性粒子对材料维卡软化温度的影响

6.8韧性粒子对材料热稳定性的影响

6.9本章小结

第七章结论

参考文献

致 谢

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