论文部分内容阅读
聚丙烯(Polypropylene, PP)是一种被广泛应用的热塑性塑料,但由于其低温脆性比较明显,使其进一步的应用受到了限制,因此对其增韧改性一直以来都是研究的热点领域。无机刚性粒子可以增韧PP,研究表明：刚性粒子的含量、表面处理、粒径及其分布、以及实验条件等因素对刚性粒子增韧影响较大。事实上,PP基体的性质(如晶体形态与结构)也会很大程度地影响PP／刚性粒子复合材料的增韧效果。然而,目前关于基体参数对PP／刚性粒子复合材料的增韧效果的研究还比较少。本文采用高效成核剂(即a-成核剂1,3:2,4-bis (3,4-dimethylbenzylidene) sorbitol, DMDBS与p-成核剂Aryl amides compounds, TMB-5)来控制PP晶体的形态与结构,系统的研究了刚性粒子碳酸钙(Calcium carbonate, CaCO3)在低填充含量下对PP/CaCO3和PP/CaCO3/DMDBS复合材料的结构与性能的影响,探讨了PP/CaCO3/DMDBS复合材料的增强及增韧机理。此外,还对比研究了不同的退火温度(90-150℃)以及130℃不同的退火时间(3-12 h)对PP/CaCO3/TMB-5复合材料微观结构和力学性能的影响,深入分析了退火提高冲击韧性的机理。另外,本文还研究了力学预处理对PP/DMDBS体系冲击断裂韧性的影响并对弹性体(Ethylene-octene copolymer, POE)> CaCO3和成核剂对PP的协同增韧作用进行了初步探讨。得到如下几个主要结论：(1)CaCO3在低填充含量下与DMDBS互配可以协同提高PP基体的结晶温度以及结晶度,降低球晶尺寸并使球晶分散更加均匀；DMDBS的加入会使CaCO3粒子在PP/CaCO3/DMDBS复合材料中的分散性变好。同时,CaCO3与DMDBS还可以协同提高PP的拉伸模量、强度以及热变形温度。(2) PP/CaCO3/DMDBS复合材料的增强机理为：一方面,CaCO3粒子可以诱导PP在载荷作用下的空穴成核,从而抑制基体的塑性流动；另一方面, DMDBS和CaCO3粒子会协同提高PP/CaCO3/DMDBS复合材料的模量和结晶度。这两种原因阻止了复合材料中应力发白的产生,使体系的强度增加。PP/CaCO3/DMDBS复合材料的增韧机理为：DMDBS较强的成核作用在增加球晶数目的同时使球晶内部以及球晶与球晶之间的分子链缠结作用变强。(3)退火能够提高PP/CaCO3/TMB-5复合材料的结晶度、完善其晶体结构并增加其刚性。研究发现,样品冲击韧性的提高与退火温度及退火时间存在依赖关系。在较低的退火温度下(<110℃),冲击韧性提高不大；在相对适中的温度下(120-140℃)退火,冲击韧性大幅度提高；在更高的温度下(>140℃)退火,冲击韧性降低。另外,在130℃退火,随着退火时间的延长,PP/CaCO3/TMB-5复合材料的冲击韧性逐渐提高。退火提高冲击韧性的增韧机理为：PP/CaCO3/TMB-5复合材料在120-140℃退火时,与具有“互锁”结构的a-PP相比,p-PP无定形区的链段更容易排入晶格,导致片晶之间无定形区缠结链数量减少,片晶内部的结构会变得更加松散。在冲击过程中,这种松散的结构将更容易沿着冲击方向滑移或拉长,从而导致更大的塑性形变,吸收更多的能量,达到增韧的目的。(4)力学预处理可以提高PP/DMDBS样条的冲击强度,在一定的预冲击能量范围内,样条的冲击强度随着预冲击能量的提高而增大。预冲击对材料冲击韧性的提高主要来源于应力发白区域。应力发白区域的面积的大小决定了冲击强度的大小。(5)初步实验结果表明,相对于纯PP, PP/POE/CaCO3/NA复合材料的冲击韧性会大大提高。