硅灰石复合材料反应增容研究.pdf

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工程塑料应用
2010年,第38卷,第10期
聚丙烯/硅灰石复合材料反应增容硏究
李跃文陈兴华
湖南科技职业学院,长沙410004)
摘要采用马来酸酐(MAH)在聚丙烯(P)与硅灰石之间进行反应增容,政善了PP/硅灰石复合材料的热性能
和力学性能。通过扫描电子显微镜观察了复合材料冲击断面的形貌,并测试了复合材料的负荷变形温度、拉伸性
能、弯曲性能和冲击性能。结果表明,在MAH质量分数不超过5%时,PP和难灰石之间的界面结合情明显政善
复合材料的负荷变形温度、拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量显著提高,最大值分別达到75℃、36.1MPa、50.3
MPa、2.6CPa。
关键词聚两烯硅灰石复合材料马来酸酐反应增容
硅灰石是一种链状偏硅酸盐矿物,化学式为材料。扫描电子显微镜(SEM)显示,加入SMAH修
Casio3,通常为针状或纤维状集合体,甚至微小颗粒饰的MWNT后,PA6颗粒粒径更小,且SMAH包覆
仍能保持纤维状结构'2。硅灰石粉体在形态上与在MWNT表面上。欧宝立等在纳米T02表面包
短玻璃纤维、晶须等塑料常用的增强填料类似,而生覆一层SiO2薄膜,用含氨基的硅烷偶联剂对TiO2
产成本则与常用的増量性填料CaCO3粉体相当,因表面修饰合成功能化纳米TO2(sTiO2-NH2),然后
此有望成为一种新型的高性价比的塑料用增强填将sTiO2-NH2与PP及少量马来酸酐(MAH)接枝PP
料。硅灰石在聚丙烯(PP)中的应用是近年来的研(PP-g-MAH)通过熔融共混制备了PP/P-gMAH
究热点之一。杨彬等研制了硅灰石増强P汽车sTiO2-NH2纳米复合材料。研究表明,纳米粒子表
专用料,该材料的力学性能高于滑石粉填充P,成面的氨基与P2g-MAH发生了化学反应,增强了两
型性能好于玻璃纤维增强P,成本则比两者都低。相的界面作用,促进了纳米粒子的均匀分散,使复合
A. Dasari等研究了PP/硅灰石复合材料的防刮材料的拉伸强度和冲击强度得到了大幅度提高。
擦性能及硅灰石颗粒对复合材料应力发白行为的影
笔者通过MAH在PP与硅灰石表面之间产生
响。结果表明,复合材料在刮擦过程中的塑性变形化学联结,有效地提高两者的界面结合强度,从而进
与硅灰石粒子从基体中的剥离密切相关;与纯P一步改善PP/硅灰石复合材料的性能。
相比,PP/硅灰石复合材料的应力发白现象显著减
实验部分
弱,塑性变形带显现较浅的灰色,这是由于硅灰石粒1.1原材料
子对PP有增强作用,限制了基体的塑性变形。硅
PP粉料:湖南长盛石化有限公司;
灰石在与PP等非极性或弱极性树脂共混时,由于
过氧化苯甲酰(BPO):分析纯,仙桃市第一化工
极性相差甚远,必须改善两者的相容性,提高其界面厂
结合强度,才能充分发挥硅灰石的增强作用。常用
MAH:分析纯,天津市科密欧化学试剂有限
的增容方法是用偶联剂或表面处理剂对硅灰石粉体司
进行表面处理,这类方法虽然有一定的效果,但由于
硅灰石:10um(1250目),云南超微新材料有
只是提高了两相界面间的分子间作用力,其改性效限责任公司。
果依然有限°。
1.2仪器及设备
反应增容是指通过官能团之间的相互反应,在
高速混合机:SHR型,张家港市亚塑机械有限
两相间产生化学联结,从而增加其相容性。反应增
容是聚合物合金常用的一种增容方法,但在聚合物
同向双螺杄挤出机:SHJ-20型,南京杰恩特机
基复合材料中的应用尚不多见。S.Bose等在聚电有限公司;
酰胺6(PA6)/(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物
(ABS)共混物中添加(苯乙烯/马来酸酐)共聚物
湖南省教育厅资助项目(09C1188)
( SMAH)修饰的多壁碳纳米管(MWNT),制得复合
收稿日期:2010-07-10
李跃文,等:聚丙烯/硅灰石复合材料反应增容研究
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注塑机:GEK80型,浙江金鷹塑料机械有限公照
结果与讨论
热变形维卡软化点温度测定仪:RV-300型,2.1MAH用量对复合材料冲击断面形貌的影响
承德精密试验机有限公司;
图1是2“3“和7“试样冲击断面的SEM照片。
微控电子万能试验机:WDW3020型,长春科新2“试样没有加MAH,但硅灰石表面用硅烷偶联剂处
试验仪器有限公司
理过,可以看出,硅灰石粒子与PP基体结合较紧
电子冲击试验机:XJC-25ZD型,承德精密试密,但粘结强度不大,可明显观察到硅灰石粒子从基
验机有限公司;
体中拔出的痕迹。3“试样加了1%的MAH,由于极
SEM:JSM-6360型,日本JEOL公司。
性与硅灰石接近,在熔融状态下,MAH会自发地在
1.3试样制备
硅灰石表面富集。在BPO的引发下,MAH的
先将硅灰石在100℃下真空干燥1h,再按表1C-C会与PP链发生接枝反应,而其酸酐基团则
配方与其它组分一起加入到高速混合机中混合10与硅灰石表面的羟基发生反应,从而使PP和硅灰
min,然后通过同向双螺杆挤出机挤出造粒得到PP/石两相间产生化学联结,故硅灰石粒子与PP基体
硅灰石复合材料粒料。挤出工艺条件见表2
结合强度较大,复合材料的冲击断面几乎观察不到
表1试样编号及配方
硅灰石粒子从基体中拔出的痕迹。7试样加了9%
质量分数/%
试样编号
的MAH,可观察到大量的硅灰石粒子从基体中拔
硅灰石
MAH
BPO
100
0
0
出,说明其与PP基体结合不好。其原因可能是过
1234
多的MAH富集在硅灰石表面,没有全部与硅灰石
表面和PP发生反应,这些未反应的MAH在熔融挤
67.7
出条件下气化,在硅灰石和PP基体间产生气膜,削
弱了两者间的结合强度。7“试样的冲击断面还可观
63.5
0.3
察到大量的空洞,考虑7试样在真空干燥过程中有
表2挤出工艺条件
大量未反应的MAH逸出,可以判定这些空洞是未
温度/℃C
项目
喂料速率主机螺杆转切粒速率
反应的MAH在熔融挤出条件下气化形成的。上述
IⅢ、N、机头r?min速/r?minr:min
数值150
20
36
事实说明,在复合材料中加人适量的MAH可政善
4
硅灰石和PP基体的界面相容性,但加入过多MAH
将挤出粒料在100℃下真空干燥2h后,通过注时,由于不能全部反应,多余的MAH不仅会削弱硅
塑机制备力学性能和热性能测试用标准试样,注塑灰石和P基体的界面结合强度,而且会在复合材
工艺条件见表3
料中产生大量的空洞。
表3注塑工艺条件
项目科筒温度/℃」注塑压力/MP」保压压保压时冷却时
I、mV「1、H、m「V1カ/MPa间/s「间/s
数值200115050
5555
14
1.4性能测试
负荷变形温度(HDT)按CB/T1634.2-2004/
ISO75-2:2003测试,A法;
弯曲性能按GB/T9341-2000测试,试验速度
malmin;
冲击性能按GB/T1043-1993测试,试样类型
3,缺口类型B,支撑线间距离70m;