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β成核剂可以显著地改善聚丙烯的结晶性能和抗冲击性,从而实现聚丙烯的高性能化,而庚二酸包覆无机粒子是一种优异的β成核剂,受到广泛关注并具有广阔的应用前景。本文用庚二酸包覆碳酸钙(HA-CaCO3)制备β成核剂对聚丙烯进行改性,对HA-CaCO3//PP体系的稳态和动态流变性能进行系统研究;利用增容剂PP-g-MA增加碳酸钙粒子与PP基体间的界面作用力,改善无机粒子在基体中的分散,研究PP-g-MA对HA-CaCO3//PP体系的影响,尤其是结晶动力学,为这种成核剂的成型加工提供理论基础。主要研究内容如下:(1)探讨成核效果的影响因素。结果表明,当庚二酸/碳酸钙质量比为0.5/100,改性碳酸钙填充量为5%时,成核效果最佳,庚二酸或改性碳酸钙过量均会导致β-PP含量降低。(2)系统研究了HA-nCaCO3/PP的流变性能,并在此基础上,与未改性nCaCO3、CaHA/nCaCO3改性聚丙烯的流变性能进行对比分析。实验结果表明,剪切速率、扫描频率、温度及HA-nCaCO3含量均会对体系的流变性能产生影响。在稳态测试条件下,HA-nCaCO3/PP表现出剪切变稀的性质,属非牛顿流体。用Ostwald-de Wale方程对粘度曲线进行分析拟合,同一温度下非牛顿指数n值的大小顺序为:5%nCaCO3/PP<4.5%nCaCO3/0.5%CaHA/PP<5%HA-nCaCO3/PP。粘流活化能分析结果表明,与nCaCO3/PP、CaHA/nCaCO3/PP相比,HA-nCaCO3/PP熔体粘度对温度更敏感。在动态频率扫描测试中,扫描频率越大,体系的储能模量G′与损耗模量G′′越大,而复数粘度η*则减小。温度升高时复数粘度和松弛时间降低。与nCaCO3/PP相比,HA-nCaCO3/PP的储能模量G′、损耗模量G′′、松弛时间τx和复数粘度η*均出现了一定程度的降低。且与4.5%nCaCO3/0.5%CaHA/PP相比,5%HA-nCaCO3/PP同样具有较小的松弛时间τx和复数粘度η*。这可能是因为HA-nCaCO3诱导生成的β-PP刚性较低,且纳米碳酸钙经庚二酸改性后,改善了纳米粒子在PP基体中的分散,分子链缠结点减少,运动速率加快。相容性分析结果表明,尽管5%nCaCO3/PP、5%HA-nCaCO3/PP在200℃-260℃温度范围内均发生了相分离,但纳米碳酸钙经庚二酸包覆处理后与PP基体间的相容性有一定程度的提高。(3)以聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MA)作为界面增容剂,研究其对HA-nCaCO3/PP复合材料性能的影响。研究结果表明,PP-g-MA能够提高材料的力学性能、耐热性能、流动性能及结晶性能。采用DSC分析了HA-nCaCO3/PP、HA-nCaCO3/PP-g-MA/PP复合材料的结晶动力学,探讨HA-nCaCO3与PP-g-MA对聚丙烯结晶性能的影响。对于等温结晶过程,从结晶曲线中可以看出,HA-nCaCO3/PP的结晶温度范围与纯聚丙烯相比,有明显的提高。分别采用Friedman方程与Arrhenius方程对等温结晶表观活化能进行分析计算,与Avrami方程拟合结果一致,表明HA-nCaCO3能提高总结晶速率,而PP-g-MA则会使总结晶速率减慢;此外,Friedman方程计算结果还表明随着结晶过程的进行,结晶越来越困难。对于非等温结晶过程,Jeziorny法与Mo法均能较好的分析拟合非等温结晶曲线,而ozawa法则不能。Jeziorny法分析结果表明,结晶初期、结晶中期、结晶末期晶体的生长方式不同,结晶中期的结晶速率Zc随着降温速率的增大而增大。同一降温速率下,Zc值的大小顺序为:HA-nCaCO3/PP-g-MA/PP>HA-nCaCO3/PP>PP,而整个体系Avrami指数n变化不大。Mo法的分析结果表明,HA-CaCO3与PP-g-MA均能促进结晶,加快结晶速率。非等温结晶过程的成核活性及Friedman方程对表观活化能的计算结果表明,HA-nCaCO3与PP-g-MA的加入均提高了成核活性,降低了结晶活化能。(4)聚合物结晶过程主要分为晶核形成和晶体生长两个阶段,因而总的结晶速率是由这两个阶段共同决定的。从诱导时间△tinc、结晶时间△tc和总结晶时间ttotal的变化情况看出,HA-nCaCO3促进了晶核的形成和晶体的生长,而PP-g-MA仅能促进晶核的形成,却使晶体的生长速率降低。由总结晶速率Z值可知,PP-g-MA的加入使得HA-nCaCO3/PP等温结晶过程的总结晶速率减慢,非等温结晶过程的总结晶速率提高,这说明晶体的生长在等温结晶过程中占主导地位,而晶核的形成在非等温结晶过程中占主导地位。