硬脂酸鈉處理硼酸鋁晶須填充聚丙烯的性能研究

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1、硬脂酸鈉處理硼酸鋁晶須填充聚丙烯的性能研究李沐，孫秋菊*，劉明建，顧闖，孫丹丹，竭繼陽（沈陽師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，沈陽，110034）摘要：采用硬脂酸鈉為處理劑對硼酸鋁晶須進(jìn)行了表面處理，并將處理后的晶須填充到聚丙烯中，研究了不同目數(shù)的晶須填充對聚丙烯拉伸性能的影響。結(jié)果如下：當(dāng)相同晶須含量時，260目的篩子篩分后填充后復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率最高，分別達(dá)到了24.6MPa和5.52%，與未填充晶須的純聚丙烯的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率相比，分別提高了32%和45%。但均過200目的篩子篩分后，10%的晶須含量時復(fù)合材料的拉

2、伸強(qiáng)度最高，為21.0MPa；而2.5%的晶須含量時斷裂伸長率反而最大。關(guān)鍵詞：硬脂酸鈉；表面處理；硼酸鋁晶須；聚丙烯；復(fù)合材料中圖分類號：TQ327.50引言無機(jī)晶須是一類針狀的、具有一定長徑比的單晶纖維狀材料，結(jié)構(gòu)完整，有較高的拉伸強(qiáng)度和彈性模量，近年來隨著晶須的價格降低，使其成為高分子復(fù)合材料領(lǐng)域內(nèi)的一種新型增強(qiáng)材料，表現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景[1-3]。然而，由于無機(jī)晶須尺寸細(xì)小，極性大，極易團(tuán)聚，與有機(jī)高分子相容性很差，因此在填充前必須進(jìn)行表面處理[4-5]。本文采用硬脂酸鈉對硼酸鋁晶須進(jìn)行了表面處理，并將處理后的碳酸鈣晶須

3、填充到聚丙烯中制備了復(fù)合材料，研究了不同目數(shù)的晶須填充聚丙烯對其拉伸性能的影響。1試驗部分1.1　實(shí)驗儀器和藥品1.1.1實(shí)驗儀器510PFT-IR紅外光譜儀，美國Nicolet公司密煉機(jī)SU-70C：常州蘇研科技有限公司(中國)硫化機(jī)350X350：鄭州鑫和機(jī)器制造有限公司TWZY-24型萬能制樣機(jī)：吉林泰和實(shí)驗機(jī)有限公司SUN1000型材料力學(xué)實(shí)驗機(jī)，意大利GALDABLNI1.1.2實(shí)驗藥品硼酸鋁晶須，長徑比：0.5-1.5μm，中科院青海鹽湖研究所；硬脂酸，分析純，國藥集團(tuán)沈陽化學(xué)試劑分公司；聚丙烯，北京燕化石油化工股份有

4、限公司。1.2　硼酸鋁晶須的表面處理將一定質(zhì)量的硬脂酸倒入10ml無水乙醇中，加熱至完全溶解。另取裝有一定體積蒸餾水的燒杯，加熱至處理溫度，滴入已配好的氫氧化鈉溶液，使其PH值控制在8～9之間。然后，加入已干燥的硼酸鋁晶須攪拌一定時間，抽濾、洗滌并干燥，即得處理后的晶須。1.3復(fù)合材料的制備將已烘干的聚丙烯加到密煉機(jī)的密煉室中熔融7min，密煉機(jī)設(shè)置溫度為210℃4，轉(zhuǎn)速為40轉(zhuǎn)/分，再加入處理后的硼酸鋁晶須混煉8min，然后出團(tuán)狀料。將團(tuán)狀料置于模具壓板中加熱至熔融后，放置于平板硫化機(jī)中熱壓成型，熱壓板的溫度均為200℃，壓力1

5、1.5MPa，加壓5min，取出后冷卻脫模。將壓制成的平板材料在萬能制樣機(jī)上裁制成力學(xué)性能測試用的啞鈴型試樣。1.4性能分析1.4.1紅外光譜的測定采用溴化鉀壓片測定了處理前后硼酸鋁晶須的紅外光譜，研究了處理前后晶須的表面性質(zhì)的差異。1.4.2拉伸性能的測定拉伸性能按照GB/T1040.1-2006《塑料拉伸性能的測定》標(biāo)準(zhǔn)測試，試樣為啞鈴形，試樣尺寸為6.5mm×2mm，拉伸速率為50mm/min；每一組試樣平行測試5次，然后求其平均值。3結(jié)果與討論3.1硼酸鋁晶須處理前后的紅外光譜分析為了研究硬脂酸鈉處理后對硼酸鋁晶須表面性能

6、的影響，測定了處理前后的硼酸鋁晶須的紅外譜圖，如圖1所示。圖1處理前后硼酸鋁晶須的紅外譜圖a）處理前；b）處理后由圖1可看出，處理后硼酸鋁晶須的譜圖上2918cm-1和2851cm-1處吸收峰明顯增大，2851cm-1是CH3中C-H鍵的對稱伸縮振動特征吸收峰，2918cm-1是C-H鍵的不對稱伸縮振動特征吸收峰；在3488cm-1處有明顯的羥基吸收峰，1725cm-1處出現(xiàn)酯羰基吸收峰，說明硬脂酸鈉與硼酸鋁晶須表面的羥基形成了酯鍵，硬脂酸鈉與硼酸鋁晶須之間既有物理吸附同時也存在化學(xué)吸附。3.2不同目數(shù)的硼酸鋁晶須對聚丙烯力學(xué)性能

7、的影響將表面處理后的硼酸鋁晶須經(jīng)過不同目數(shù)的篩分后均2.5%晶須含量填充到聚丙烯材料中，結(jié)果如表1所示。表1相同含量不同目數(shù)的晶須填充對復(fù)合材料的拉伸性能的影響目數(shù)純PP100140180200220240260280拉伸強(qiáng)度（MPa）18.621.320.120.720.621.321.024.620.4斷裂伸長率（%）3.804.514.414.064.324.534.465.525.244由表1可見，將處理后的硼酸鋁晶須填充到聚丙烯材料中使得拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均明顯高于未填充的純聚丙烯。此外，硼酸鋁晶須通過不同目數(shù)的篩子篩

8、分后對聚丙烯材料的力學(xué)性能影響也不同。過260目的篩子篩分后填充的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率最高，分別達(dá)到了24.6MPa和5.52%，相比較于未填充晶須的純聚丙烯的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率分別提高了32%和45%。這說明硼酸鋁晶須填充聚丙烯起到了