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(duì)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(duì)聚丙烯拉伸性能的影響。結(jié)果如下：當(dāng)相同晶須含量時(shí)，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(zhǎng)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(zhǎng)率相比，分別提高了32%和45%。但均過200目的篩子篩分后，10%的

2、晶須含量時(shí)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度最高，為21.0MPa；而2.5%的晶須含量時(shí)斷裂伸長(zhǎng)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(hào)：TQ327.50引言無機(jī)晶須是一類針狀的、具有一定長(zhǎng)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(jià)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(duì)硼酸

3、鋁晶須進(jìn)行了表面處理，并將處理后的碳酸鈣晶須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(duì)其拉伸性能的影響。1試驗(yàn)部分1.1　實(shí)驗(yàn)儀器和藥品1.1.1實(shí)驗(yàn)儀器510PFT-IR紅外光譜儀，美國(guó)Nicolet公司密煉機(jī)SU-70C：常州蘇研科技有限公司(中國(guó))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(yàn)機(jī)有限公司SUN1000型材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)，意大利GALDABLNI1.1.2實(shí)驗(yàn)藥品硼酸鋁晶須，長(zhǎng)徑比：0.5-1.5μm，中科院青海鹽湖研究所；硬脂酸，

4、分析純，國(guó)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(shí)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

5、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11.5MPa，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(cè)試用的啞鈴型試樣。1.4性能分析1.4.1紅外光譜的測(cè)定采用溴化鉀壓片測(cè)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(cè)定拉伸性能按照GB/T1040.1-2006《塑料拉伸性能的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(cè)試5次

6、，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(duì)硼酸鋁晶須表面性能的影響，測(cè)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(duì)稱伸縮振動(dòng)特征吸收峰，2918cm-1是C-H鍵的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)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

7、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(shí)也存在化學(xué)吸附。3.2不同目數(shù)的硼酸鋁晶須對(duì)聚丙烯力學(xué)性能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(duì)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(zhǎng)率（%）3.804.514.414.064.324.534.465

8、.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(zhǎng)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)的篩子篩分后對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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