無機(jī)剛性粒子增韌聚丙烯的影響因素.pdf

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1、第30卷第3期應(yīng)用化學(xué)V0l_30Iss．32013年3月CHINESEJ0URNAL0FAPPLIEDCHEMISTRYMar．2O13無機(jī)剛性粒子增韌聚丙烯的影響因素鄒寅將生瑜朱德欽(福建省高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院福州350007)摘要簡(jiǎn)要介紹了無機(jī)剛性粒子對(duì)聚丙烯(PP)的增韌機(jī)理，并著重介紹了利用無機(jī)剛性粒子增韌PP時(shí)，PP基體、無機(jī)剛性粒子的性質(zhì)及用量、無機(jī)剛性粒子在PP基體中的分散情況、無機(jī)剛性粒子與PP基體間的界面相互作用等因素對(duì)增韌效果的影響。關(guān)鍵詞聚丙烯，無機(jī)剛性粒子

2、，增韌機(jī)理，影響因素中圖分類號(hào)：0632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0518(2013)03-0245-07DOI：10．3724／SP．J．1095．2013．20430聚丙烯(PP)具有優(yōu)良的力學(xué)和加工性能、電絕緣性和耐腐蝕性，但其耐低溫性能及抗沖擊性能較差，使其難以滿足作為高強(qiáng)度、高韌性新材料的要求。利用橡膠或彈性體增韌PP取得了很大成功，其增韌機(jī)理也較為明確[5-12]，但由于橡膠或彈性體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和模量較低，在提高塑料韌性的同時(shí)，也帶來固有的缺陷，如材料的強(qiáng)度、剛度和熱畸變溫度大幅度下降。上

3、世紀(jì)80年代，Kurauchi等在研究PC／SAN共混時(shí)，提出了剛性粒子增韌聚合物的新概念，并且首先提出了非彈性體增韌理論——“冷拉增韌機(jī)理”。隨后，許多學(xué)者。從增韌機(jī)理、力學(xué)性能和界面效應(yīng)等方面進(jìn)行了較深入的研究，使無機(jī)剛性粒子增韌聚合物技術(shù)有了重要的突破。近幾年來，無機(jī)剛性粒子增韌PP的研究已成為材料學(xué)科的熱點(diǎn)。。對(duì)于無機(jī)剛性粒子增韌PP體系，基體、無機(jī)剛性粒子的性質(zhì)及用量、無機(jī)剛性粒子與基體間的界面相互作用、無機(jī)剛性粒子在基體中的分散情況是影響增韌效果的主要因素。1無機(jī)剛性粒子增韌聚合物機(jī)理利用無機(jī)剛性粒子

4、增韌聚合物的機(jī)理模型如Scheme1所示。主要包含3個(gè)階段引：I)應(yīng)力集中。由于無機(jī)剛性粒子與聚合物基體具有不同的彈性，無機(jī)剛性粒子在聚合物基體中作為應(yīng)力集中點(diǎn)。Ⅱ)脫粘。當(dāng)材料發(fā)生形變時(shí)，應(yīng)力集中使粒子周圍產(chǎn)生三維應(yīng)力，并導(dǎo)致粒子和基體的界面脫粘。Ⅲ)剪切屈服。由于脫粘所造成的空洞使粒子周圍基體的應(yīng)力狀態(tài)從平面應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫鎽?yīng)力，并誘導(dǎo)基體剪切形變，從而耗散大量能量，提高復(fù)合材料韌性。Scheme1Tougheningmechanismsbytheincorporationofinorganicrigidpar

5、ticles2012-09-26收稿，2012—10—15修回福建省科技廳重點(diǎn)資助項(xiàng)目(2008Y0036)；福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2010J01276)通訊聯(lián)系人：朱德欽，教授；Tel：0591~3448956；Fax：0591~3525029；E-mail：zhudeqin@163．corn；研究方向：聚合物基復(fù)合材料246應(yīng)用化學(xué)第30卷2影響無機(jī)剛性粒子增韌PP的因素2．1PP基體無機(jī)剛性粒子對(duì)聚合物的增韌是通過剛性粒子促使聚合物基體產(chǎn)生塑性形變和屈服以消耗、吸收外界的能量，由此提高復(fù)合材料的韌性。

6、因此，聚合物基體必須具有一定的韌性和塑性形變能力。PP為半結(jié)晶聚合物，韌性較差，影響無機(jī)剛性粒子的增韌效果。為此，可用丙烯和少量乙烯單體共聚，得到主鏈上丙烯或乙烯無規(guī)分布的共聚PP，以破壞其規(guī)整性。即使很少乙烯鏈段的存在，也使PP的結(jié)晶能力大大降低，從而提高了分子鏈的柔順性，使PP基體韌性增加。Yang等_29訓(xùn)研究了3種不同的PP基體(均聚PP、共聚PP、均聚PP和共聚PP按質(zhì)量比1：1混合)對(duì)PP／CaCO復(fù)合材料性能的影響，結(jié)果表明，當(dāng)CaCO，含量適當(dāng)時(shí)，3種PP基復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度均得到提高，但基體為共

7、聚PP和含有共聚PP的復(fù)合材料提高得更多。PP基體的相對(duì)分子質(zhì)量及其分布也是影響PP韌性的一個(gè)重要因素。研究表明[32-33J，相對(duì)分子質(zhì)量增大，PP非等溫結(jié)晶速度減慢，結(jié)晶度降低；相對(duì)分子質(zhì)量分布變窄，加快結(jié)晶速度，增大結(jié)晶度，而且推論此時(shí)高低相對(duì)分子質(zhì)量組分間的相互作用小，彼此均以相近的速度結(jié)晶，所以難以生成大球晶，而使球晶細(xì)化，從而影響PP基體的韌性。PP基體相對(duì)分子質(zhì)量的大小還影響復(fù)合材料發(fā)生脆．韌轉(zhuǎn)變的臨界基體層厚度，相對(duì)分子質(zhì)量越大，材料發(fā)生脆一韌轉(zhuǎn)變的臨界基體層厚度越厚。Lin等在研究2種不同相對(duì)分

8、子質(zhì)量的PP基體(H—PP，M=55000；E—PP，M=87000)對(duì)PP／CaCO復(fù)合材料性能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在CaCO，粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為25％和10％時(shí)，H．PP和E—PP2種基體的復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度突增(圖1)，發(fā)生脆·韌轉(zhuǎn)變。Lin認(rèn)為，(CaCO粒子)為25％和10％分別為2種基體發(fā)生脆一韌轉(zhuǎn)變的臨界粒子濃度，臨界基體層厚度與聚合物基體的性質(zhì)有關(guān)，與H．PP相比