【摘 要】
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聚丙烯(PP)作为五大通用合成树脂之一,具有密度小、力学性能优良、电绝缘性良好、耐应力开裂和耐化学药品等优点,被广泛应用于汽车工业、电子电气、建材家具和包装等各个领域。
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聚丙烯(PP)作为五大通用合成树脂之一,具有密度小、力学性能优良、电绝缘性良好、耐应力开裂和耐化学药品等优点,被广泛应用于汽车工业、电子电气、建材家具和包装等各个领域。但是PP低温冲击性差、尺寸收缩率大、易老化等缺点,限制了它的应用范围和功能发展。本课题的主要目的是通过引入海泡石实现对聚丙烯的增强增韧,制备综合性能较好的复合材料,并讨论其结构和性能之间的关系。
首先,对海泡石原料进行提纯和酸热处理,得到活化海泡石。以十二烷基苯磺酸钠作为分散剂,采用复合型表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵与六偏磷酸钠的质量比为3:1)对海泡石进行有机化改性。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、热重(TG)和接触角(CA)分析等手段对有机改性海泡石进行了表征。SEM分析表明,有机化改性提高了海泡石纤维的松散程度;XRD分析表明,有机改性扩大了纤维的孔道尺寸,结合FT-IR、TG分析结果表明有机改性使得季铵盐大分子成功进入孔道内部,并且改性后海泡石的热稳定性得到提高;CA分析表明,有机化海泡石纤维的亲油性能得到有效改善。
其次,采用挤出共混方法制备了海泡石/聚丙烯复合材料,通过拉伸、冲击、WAXD、DMA和动态流变测试,分析了海泡石有机化改性前后对聚丙烯的力学性能的影响。结果表明,当有机改性海泡石的含量为1.5%时,复合材料的拉伸强度比纯聚丙烯提高了13.8%,冲击强度提高了约80%;WAXD的分析表明海泡石的加入减少了β晶型的含量,细化了a晶粒;DMA分析表明海泡石的加入对复合材料储能模量有一定的贡献:动态流变行为分析表明添加有机改性海泡石后,复合材料的动态黏度、损耗模量和储能模量均有一定的提高。
最后,通过DSC测试研究了复合材料的等温结晶和非等温结晶行为,采用偏光显微镜(PLM)观察了聚丙烯球晶的变化。采用Avrami方程对等温结晶过程进行了描述,发现海泡石的加入,使得聚丙烯及其复合材料的Avrami指数从1.59增大至3.02,并且通过PLM分析得出,复合材料的球晶尺寸减小,数量增多,并且以海泡石纤维为中心形成了串晶。采用Avrami修正的Jeziorny方法、Mo方法和Ozawa方法对聚丙烯及其复合材料的非等温结晶过程进行了描述,其中,用Avrami修正的Jeziorny方法描述时:结晶速率常数K随降温速率的增加而增加,修正后的指数n均大于纯聚丙烯的n值。采用Mo方法分析时得出的规律与前一种方法相一致,而Ozawa方法只适用于描述纯聚丙烯的非等温结晶行为。
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