無機粒子增韌聚丙烯的研究報告進展

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1、.無機粒子增韌聚丙烯的研究進展摘要：闡述了幾種不同的無機納米粒子對聚丙烯的增韌介紹，簡單敘述了無機納米粒子的物理化學(xué)作用增韌機理和微裂紋化增韌機理，并對無機粒子增韌聚丙烯的發(fā)展前景進行展望。關(guān)鍵詞：無機粒子聚丙烯增韌機理PP是五大通用塑料之一，具有相對密度低、來源豐富、價格低廉、性能優(yōu)良、用途廣泛等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于汽車、電器、化工、建筑、包裝等行業(yè)。由于PP存在低溫脆性大、剛性低、成型收縮率大等缺點,限制了PP的進一步應(yīng)用。納米無機粒子的填充改性可較大幅度地提高聚合物材料的綜合性能,達到同時增強、

2、增韌、功能化的目的。目前常用的無機剛性粒子主要有滑石粉、高嶺土、CaCO3、硫酸鋇、蒙脫土、碳納米管、二氧化硅等。本文綜述了近年來國內(nèi)外微一納米無機剛性粒子對PP材料改性的最新研究進展以及對增韌機理的簡單介紹。1.PP/微米級無機粒子復(fù)合材料1.1PP/CaCO3復(fù)合材料Chan等將納米CaCO3與聚丙烯熔融共混,當(dāng)填充量在9.2%以下時,納米CaCO3在聚丙烯中的分散均勻,復(fù)合材料的拉伸強度增加了85%左右;掃描電鏡顯示聚丙烯中存在著球形空穴結(jié)構(gòu),這是納米CaCO3在聚丙烯基體中的應(yīng)力集中導(dǎo)致的,

3、這些空穴能夠引起聚丙烯的塑性變形,進而提高聚丙烯的機械性能。Guo等先在納米CaCO3粒子表面包裹上可溶性的斕系化合物,再與PP進行熔融共混制得pp/納米CaCO3一La復(fù)合材料。Ma等先用硅烷偶聯(lián)劑對納米CaCO3粒子進行預(yù)處理,在γ光的照射下于米粒子表面接枝上聚丙烯酸丁釀(PBA)形成納米復(fù)合物(既有接枝的聚合物PBA,又含有均聚物,還有孤立的納米粒子),最后與聚丙烯熔融共混。研究發(fā)現(xiàn),納米粒子與PBA具有明顯的協(xié)同作用。1.1.1碳酸鈣用量對斷裂伸長率的影響隨著碳酸鈣用量的不斷增加，無機顆粒之

4、間的團聚增大了分子鏈之間的摩擦力，阻礙了分子鏈的滑移，在PP中形成了多相體系，碳酸鈣與PP的潤滑性、相容性變差，界面結(jié)合力變?nèi)?，在粘流態(tài)下呈固體粒子流動，因此使整個體系的斷裂-..伸長率降低，如圖1所示。1.1.2碳酸鈣用量對拉伸強度和硬度的影響如圖2所示，隨著碳酸鈣用量的增加，拉伸強度先提高然后呈遞減趨勢；而硬度開始則快速上升然后趨于緩慢提高。碳酸鈣含量較少時，碳酸鈣與PP分子通過偶聯(lián)劑的作用結(jié)合良好，拉伸強度有所提高。隨著碳酸鈣用量的增加，碳酸鈣粒子制約了PP高分子鏈的運動和基材變形，碳酸鈣含量

5、高時不容易分散，聚集在一起形成較大的缺陷，導(dǎo)致裂紋從該處引發(fā)斷裂，從而使拉伸強度呈下降趨勢。從圖2可以看出，當(dāng)碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)達20％時，拉伸強度達到最大值28.5MPa。1.1.3碳酸鈣用量對彎曲模量和彎曲強度的影響-..如圖3所示，隨著碳酸鈣用量的增加，彎曲模量和彎曲強度均逐漸增加，表現(xiàn)為遞增趨勢。這是因為碳酸鈣剛性填料粒子起到了增強劑作用，提高了PP的剛性和耐蠕變性；另外，微細的碳酸鈣粒子可作為結(jié)晶晶核，使PP球晶細化，提高了PP結(jié)晶度，增強了PP彎曲性能。1.2pp/黏土復(fù)合材料黏土具有良好

6、的物理性能和耐化學(xué)腐蝕性能,是聚合物材料的常用填料。典型的黏土填料有滑石粉、蒙脫土(MMT)等。片狀結(jié)構(gòu)的滑石粉可以提高塑料的剛性和高溫下的抗蠕變性,可用作增強性填料。在汽車用PP材料中,滑石粉的片狀結(jié)構(gòu)有利于協(xié)調(diào)剛性和沖擊韌性的最佳平衡。Premalal等發(fā)現(xiàn)滑石粉填充可提高PP材料的彎曲模量、彈性模量和沖擊強度,增加剛性、減少收縮性。田春香用滑石粉填充PP復(fù)合材料的熱變形溫度由127℃升高到142℃,熱失重率降低了41.2.%。改性填料填充PP的力學(xué)性能比未改性填料填充PP的力學(xué)性能有所提高,簡

7、支梁、懸臂梁缺口沖擊強度分別由25.2kJ/㎡、50.69kJ/㎡提高到28.18kJ/㎡、52.56kJ/㎡,拉伸強度由3.93MPa提高到36.43MPa。在滑石粉填充量小于20%時,PP/滑石粉復(fù)合材料的熔體流動速率有所提高,流動加工性變好。這歸因偶聯(lián)劑的增塑、潤滑作用。樊澤東等研究了超微細滑石粉的表面改性對PP性能的影響,在基體材料具有一定韌性的條件下,經(jīng)鈦酸醋偶聯(lián)劑NDZ一311表面改性滑石粉填充的PP材料明顯優(yōu)于未改性滑石粉填充的PP材料(表2)。這是因為NDZ一311在改性滑石粉過程中

8、,兩者除發(fā)生物理吸附作用外,還發(fā)生了化學(xué)作用,在滑石粉表面形成了牢固的包覆層,改變了無機粒子的表面性能,從而大大提高了復(fù)合材料的性能。王東慶等研究了MMT改性PP-..體系的流變行為,發(fā)現(xiàn)PP/MMT復(fù)合材料的黏度對剪切速率較為敏感。在低剪切速率下,PP/MMT復(fù)合材料的黏度均高于PP;在高剪切速率下,PP/MMT復(fù)合材料的黏度低于PP。楊春蓉研究了經(jīng)機械力改性處理的硅灰石(10μm)與PP的復(fù)合材料,當(dāng)硅灰石的填充量為30%時,復(fù)合體系的拉伸強度、彎曲強度、缺口沖擊