聚丙烯/滑石粉纳米复合材料的制备与结构研究

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本文针对目前PP/无机纳米复合材料制备过程中填料难于分散的问题,利用分子结构设计与填充改性原理,采用一种大分子偶联剂及合适的制备工艺来改善PP与填料的相容性。研究结果表明,该偶联剂的采用及合适的工艺条件可以解决填料在PP中分散难的问题。 本文系统地研究了复合体系配方、工艺方法、填料及偶联剂用量对复合体系工艺条件、力学性能及结构形态的影响,同时利用广角X射线衍射、扫描电镜、DTA等对复合体系的性能进行了测试与分析,主要研究内容及结论如下: 1 滑石粉的加入,虽然使PP的熔化时间增加,但是混炼能耗下降,有利于PP的加工;偶联剂的加入,使PP的熔化时间增加,能耗略有降低,总体而言,对加工无不利影响。温度亦为影响加工的重要因素,温度升高,复合体系的TTQ下降,能耗降低,但同时也使设备的功率增加,本体系在170-240℃的条件下,应尽量选择较低的加工温度(170℃)减少能耗。提高转速也有利于TTQ降低,因而降低能耗,但同时增加了设备能耗,因此应考虑合适的转速,以利于体系能耗的降低。 2 随着滑石粉含量的增加,该复合材料的拉伸强度先升后降,在滑石粉含量为20%时达到最大,经混合偶联剂处理的复合体系,拉伸强度比未处理的提高约2倍,冲击强度比未处理的高约2倍多,但考虑到制品性能和成本,滑石粉填充量在30%-40%比较合理。滑石粉经偶联剂处理后,填充体系的力学性能优于未处理的,混合偶联剂的偶联效果好于单一偶联剂效果,材料的拉伸强度随偶联剂含量的变化也是先升后降,在偶联剂含量1%时达到峰值60MPa,材料的冲击强度随滑石粉含量的变化也是先升后降,在滑石粉含量20%时达到峰值6.3KJ/m~2。 3 通过断面电镜照片分析可知,加入偶联剂后,采用密炼法将用偶联剂处理的滑石粉均匀地分散到PP基体中,使PP更易发生韧性断裂。通过X射线衍射分析可知,用混合偶联剂对滑石粉进行预处理后,滑石粉晶体结构发生改变,产生了插层现象,使PP/滑石粉复合材料为纳米复合材料。滑石粉/PP复合材料中,在一定的填充量下,滑石粉的加入使复合材料的熔点下降,而大分子偶联剂的适量加入会提升其熔点。
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