剛性納米填料對(duì)塑料增韌的作用

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1、剛性納米填料對(duì)塑料增韌的作用陳老師、趙老師、譚老師（浙大國(guó)家大學(xué)科技園哲博檢測(cè)中心，杭州310013，zhebocs@163.com）提高塑料韌性一直是高分子材料科學(xué)的重要課題和應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。如何能在既增加填充量，明顯降低塑料材料生產(chǎn)成本的同時(shí)，顯著提高其材料的缺口沖擊韌性、力學(xué)模量和耐熱性等，提高塑料材料的使用性能，這即是近年來(lái)人們所十分關(guān)注的關(guān)于“剛性填料粒子增韌塑料材料”的熱門(mén)課題。然而增韌技術(shù)發(fā)展至今，在對(duì)彈性體及非彈性體粒子增韌機(jī)理上，人們對(duì)有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋尚不能令人十分滿(mǎn)意。塑料復(fù)合材料或共混材料的增韌機(jī)理對(duì)現(xiàn)有塑料復(fù)合材

2、料及共混材料性能的改善、性能的提高，對(duì)新型塑料復(fù)合材料或共混材料的制造和應(yīng)用，特別是對(duì)于剛性填料粒子增韌塑料復(fù)合材料的制造和應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。非彈性體剛性增韌材料的開(kāi)發(fā)與研究目前很活躍．無(wú)論是其機(jī)理、種類(lèi)．還是改性效果，都取得了十分迅速的進(jìn)步。非彈性體剛性增韌材料可分為無(wú)機(jī)剛性增韌材料和有機(jī)剛性增韌材料兩大類(lèi)、其中以納米增韌材料最為重要。本文由幾位高分子材料老師綜述了納米增韌填料的作用和影響因素，并舉了豐富的實(shí)驗(yàn)例子。1.納米粒子增韌填料納米材料是指粒度小于100nm的一類(lèi)材料，由于其粒度十分小，因而原有的某些性能，如聲、光、電、磁及

3、熱等會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變?cè)谒芰显鲰g改性中，納米材料的改性效果好，且效率高，即使加入量不大，但增幅卻很大。一般加人量在l0份以下，沖擊強(qiáng)度增幅最高可達(dá)5倍以上．而且．其增韌與增強(qiáng)同步進(jìn)行。需要注意的是、納米材料的比表面積十分大。粒子問(wèn)因引力而極易凝聚。為使其很好分散．必須加人分散處理劑分散效果的好壞．直接影響其改性效果的發(fā)揮。納米材料的增韌機(jī)理如下：a．納米粒子均勻地分散在基體之中。當(dāng)基體受到?jīng)_擊時(shí)，粒子與基體之問(wèn)產(chǎn)生微裂紋（銀紋)：同時(shí)粒子之問(wèn)的基體也產(chǎn)生塑性變形，吸收沖擊能，從而達(dá)到增韌的效果b．隨著粒子粒度變細(xì)．粒子的比表面積增大．粒子與基體之

4、間接觸界面增大，材料在受到?jīng)_擊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更多的微裂紋和塑性變形從而吸收更多的沖擊能，增韌效果提高。c.當(dāng)填料加人量達(dá)到某一臨界值時(shí)．粒子之間過(guò)于接近材料受沖擊時(shí)產(chǎn)生微裂紋和塑性變形太大幾展有宏觀應(yīng)力開(kāi)裂，從而使沖擊性能下降。下面舉幾個(gè)納米材料增韌的例子。例l：PA6／納米粘土PA695％納米牯土(1nm)4．2％此配方?jīng)_擊強(qiáng)度提高l倍例2：PS／納米Al2O3PS85％Al2O3(<0．5um)15％此配方?jīng)_擊強(qiáng)度提高3倍。例3：LDPE／(SiC／Si3N4)LDPE95％SiC／Si3N(20tun)5％此配方?jīng)_擊強(qiáng)度提高2倍。2．表

5、面優(yōu)化處理的納米粒子填料這類(lèi)填料是指用高效表面處理劑處理過(guò)的一類(lèi)納米填料。經(jīng)過(guò)表面處理的納米粒子和橡膠具有更好的相容性，均勻性也大大增加。表面處理劑主要為表面活性劑、高教偶聯(lián)劑及相容劑等。對(duì)于同一填充體系，不處理或用一般表面處理劑處理，其沖擊強(qiáng)度會(huì)下降；而用上述高效表面處理劑處理沖擊強(qiáng)度反而升高，只是增高幅度不如彈性體。這類(lèi)優(yōu)化處理過(guò)填料的增韌機(jī)理為：表面處理劑在基體與填料之間形成一個(gè)彈性過(guò)濾層．可有效地傳遞和松馳界面上的應(yīng)力，更好地吸收與分散外界沖擊能。2．1表面活性劑常用低分子量聚醚型等表面活性劑，加入量一般為5％～10％左右。例如：

6、PP／堿土金屬填充體系PP50％堿土金屬鹽42％低分子聚醚8％此配方?jīng)_擊強(qiáng)度比未填充可提高l倍左右。2．2．大分子、高分子偶聯(lián)劑大分子和高分子型偶聯(lián)劑的偶聯(lián)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低分子偶聯(lián)劑。大分子偶聯(lián)劑的代表品種為NTCA．它由三種有機(jī)物合成例如．在PVC／CaCO3（80／20）填充體系中，加入2％大分子偶聯(lián)劑，沖擊強(qiáng)度不但不下降，反而會(huì)提高35％左右高分子偶聯(lián)劑為高聚物固體偶聯(lián)劑．其加人量為lO份左右。2．3復(fù)合偶聯(lián)劑復(fù)合偶聯(lián)劑是指兩種或兩種以上小分子偶聯(lián)劑，用復(fù)合偶聯(lián)劑處理的填充體系，可使單一偶聯(lián)劑引起沖擊強(qiáng)度下降的填充體系反而有所提高例如

7、：PP／CaCO3填充體系PP68％CaCO330％NDE1％ON3301％注：NDE為烷氧焦磷酸型鈦酸酯(主偶聯(lián)劑)ON330為端口惡唑啉聚醚（輔偶聯(lián)劑)此配方的沖擊強(qiáng)度提高1倍左右。2.4相容劑相容劑不僅對(duì)樹(shù)脂間共混有促進(jìn)分散作用，對(duì)填充體系也有促進(jìn)分散的功效。例如，對(duì)于PP+CaCO3(20％)+鈦酸酯(1％)體系，其沖擊強(qiáng)度下降；而對(duì)PP+CaCO3(20％)+相容劑(1％)體系．其沖擊強(qiáng)度確有明顯提高。