碳酸鈣-彈懷體POE-聚丙烯共混復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、本課題在國(guó)防基礎(chǔ)重點(diǎn)項(xiàng)目(B3120110001)的資助下，以通用熱塑性高分子聚丙烯(PP)為原料，系統(tǒng)的研究了單粒徑以及雙粒徑分布條件下的碳酸鈣顆粒對(duì)PP/CaCO3復(fù)合材料各性能的影響，最終制備出了雙粒徑分布顆粒填充下的PP/POE/CaCO3復(fù)合材料，希望本研究能為雙粒度分布無(wú)機(jī)粒子和彈性體在改善此類(lèi)低溫易脆斷的熱塑性材料性能方面提供理論支撐和科學(xué)依據(jù)。主要結(jié)論如下:
　　1、濕法改性的反應(yīng)溫度T=70℃、反應(yīng)時(shí)間t=1.5

2、h、庚二酸用量為1％時(shí)，CaCO3顆粒表面疏水性最強(qiáng);庚二酸用量在4％左右時(shí)，填充體系中“團(tuán)聚體”的解聚趨于穩(wěn)定，庚二酸用量的進(jìn)一步提高至7％時(shí)使體系的粘度出現(xiàn)反彈，加工性能劣化，采用低濃度庚二酸（1％左右）對(duì)CaCO3進(jìn)行表面改性無(wú)論從經(jīng)濟(jì)成本、加工性能、力學(xué)性能的改善都是比較合理的。
　　2、PP復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性隨著CaCO3的加入而提高，其中純PP的T50％和T550分別為462.58℃和1.54％，NCP10的則

3、分別達(dá)到469.58℃和7.63％，而NCP1的更是進(jìn)一步提高至473.33℃和11.24％，說(shuō)明微米CaCO3含量的增加可進(jìn)一步提高PP的熱穩(wěn)定性和阻燃性;但POE的加入使PP熱穩(wěn)定性提高的同時(shí)而阻燃性能卻降低，如PE40的T50％和T550就分別為470.34℃和0.37％;任一加料順序下，含有NCP2組分的三元體系的熱穩(wěn)定性都要優(yōu)于NCP9體系，另外，組分的熱穩(wěn)定性符合ORi+4＞ORi+2＞ORi（其中i為1或2）規(guī)律。

4、　　3、PP復(fù)合材料的結(jié)晶溫度Tp隨著CaCO3的加入分別提高了4～5℃并且結(jié)晶度下降了19％左右，而POE的加入則使PP復(fù)合材料的結(jié)晶溫度Tp降低了3～4℃，說(shuō)明CaCO3顆?？砂l(fā)揮異相成核作用，另外，CaCO3粒子能夠誘導(dǎo)β晶產(chǎn)生，且NCP2中β晶的含量達(dá)到最高值為1.21％，β晶的出現(xiàn)有利于材料韌性的改善;三元體系的結(jié)晶峰溫度Tp相比PP/CaCO3二元體系下降1～2℃，相比PP/POE二元體系上升了6～7℃，這主要是三元體系的浸

5、潤(rùn)參數(shù)W值為-10.5，小于-1，CaCO3傾向于分散到POE中所致;OR5的結(jié)晶度相比純PP、NCP9、PE10分別提高了15.20％、21.39％、13.58％，說(shuō)明該體系中顆粒對(duì)PP分子鏈的有序折疊的阻礙作用減弱;NCP體系的n值在3～6之間變化，而三元體系的n值在12～34之間變化，說(shuō)明不同的混合體系使的PP的結(jié)晶成核和生長(zhǎng)方式發(fā)生明顯的改變;NCP2的非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)參數(shù)Zc和半結(jié)晶時(shí)間t1/2在冷卻速率Φ＜15℃/min時(shí)相

6、比單粒度分布CaCO3填充改性PP分別升高和降低，這主要?dú)w因于納米CaCO3粒子的“滾動(dòng)軸”效應(yīng);而三元體系的非等溫結(jié)晶速率常數(shù)Zt相比純PP和PP/CaCO3二元體系要降低幾個(gè)甚至幾十個(gè)數(shù)量級(jí);同一組份樣品，隨著結(jié)晶度增加，F(xiàn)(T)增加;相同結(jié)晶度下，NCP2和OR5的F(T)值最小;Kissinger法計(jì)算出PP及NCP2的結(jié)晶活化能分別為205.81，201.01kJ/mol，說(shuō)明NCP2體系的結(jié)晶能壘較低。偏光條件下，PP主要形

7、成了較大尺寸并相互折疊的球晶，而NCP2有少量的“捆扎”形β晶出現(xiàn)并且NCP2晶體的整個(gè)生長(zhǎng)完成時(shí)間由純PP的45min降低至18min;而PE15的晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中相比純PP界面顯得粗糙，球晶尺寸較小，結(jié)晶不完整，完全結(jié)晶至少在18min以上;
　　4、NCP體系的拉伸強(qiáng)度隨著微米粒子含量的增加而下降，彈性模量反而上升，缺口沖擊強(qiáng)度隨著納米粒子的增加而提高，其中NCP9的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值5.07KJ/m2，相比純PP提高了

8、79.8％，相比純納米和微米顆粒填充分別提高了13.8％和5.3％。這主要是CaCO3顆粒與基體形成的界面發(fā)生脫粘產(chǎn)生空穴，吸收能量的結(jié)果。PE體系的拉伸強(qiáng)度和彈性模量隨著POE含量的增加呈直線下降，斷裂伸長(zhǎng)率卻有上升趨勢(shì)，其中PE40的拉伸強(qiáng)度和彈性模量相比純PP分別下降了72.69％和72.79％，斷裂伸長(zhǎng)率卻上升了84.69％;缺口沖擊強(qiáng)度隨POE含量的增加先上升，當(dāng)含量達(dá)到40％時(shí)趨于平衡，其值達(dá)到71.57KJ/m2，相比純P

9、P提高了約25倍。因此POE的加入能很大程度上改善PP的斷裂韌性，但會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度和剛性下降。雖然相比純PP，任一加料順序下獲得的三元共混復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量都下降，其中拉伸強(qiáng)度和彈性模量相比PP的最大降幅分別為17.85％和19.04％，相比NCP9分別下降了17.7％和17.9％，但相比PE15卻分別提高了54.5％和100.3％;三元體系的缺口沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率上升，特別是OR5復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值9.45KJ/