聚丙烯復合材料的性能和斷裂行為的研究.pdf

1、聚丙烯(PP)作為一種應(yīng)用非常廣泛的通用塑料，具有價格低廉、質(zhì)量輕、使用溫度高、剛性和拉伸強度高等優(yōu)點，但同時也存在著沖擊強度低，低溫易脆斷等缺點，因而，對聚丙烯進行增韌補強改性以提高其使用性能對于擴展其應(yīng)用領(lǐng)域有著重要的意義。為此，本文圍繞著聚丙烯改性，擬選擇以粉末橡膠與碳酸鈣為填充體，采用熔融共混工藝改性聚丙烯材料，獲得粉末橡膠/聚丙烯二元復合材料與粉末橡膠/碳酸鈣/聚丙烯二元復合材料;在對復合材料微結(jié)構(gòu)特征、力學性能、耐熱與流變性

2、能等進行細致表征的基礎(chǔ)上，探討了填充體增韌補強的機理;進而，對于基本斷裂功方法，研究了聚丙烯基復合材料的斷裂行為以及填充體種類、填充量等對于復合材料斷裂行為的影響，為進一步進行聚丙烯及其它高分子材料的改性提供理論基礎(chǔ)。
　　 所得到主要結(jié)果如下:
　　 (1)采用熔融共混法制備粉末膠粉/聚丙烯復合材料，細致研究了復合材料的微觀結(jié)構(gòu)、結(jié)晶行為、耐熱性、力學強度和流變性質(zhì)。結(jié)果表明:采用納米膠粉為填充體，其在聚丙烯中得到良好

3、的分散，大幅度改善了聚丙烯的抗沖擊性能，當其添加量達到12phr時，沖擊強度增加至純聚丙烯的193.0％，而彎曲強度、拉伸強度略有降低，降低幅度分別為9.4％和14.6％;相比之下，填充微米級膠粉所得復合材料其沖擊強度提高了33.0％，彎曲強度與拉伸強度分別下降了27.0％和26.2％。納米膠粉起到了異相成核的作用，降低了聚丙烯的過冷度，縮短了半結(jié)晶時間;普通膠粉對于聚丙烯的結(jié)晶熔融行為沒有明顯影響。兩種膠粉都能降低復合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變

4、溫度和儲能模量，損耗因子也同時下降;提高了聚丙烯的熱降解溫度;降低聚丙烯的維卡軟化溫度，且微米級膠粉填充體系的維卡溫度都要低于納米膠粉填充體系;隨著納米膠粉填充量的增加，聚丙烯的表觀粘度上升，在低頻區(qū)的動態(tài)模量逐漸增強并表現(xiàn)出類固態(tài)響應(yīng)，材料表觀粘度的剪切敏感性增強。
　　 (2)采用熔融共混法制備粉末膠粉/碳酸鈣/聚丙烯復合材料，細致研究了復合材料的微觀結(jié)構(gòu)、結(jié)晶行為、耐熱性、力學強度和流變性質(zhì)。結(jié)果表明:納米膠粉和碳酸鈣的共

5、混填充能大幅提高聚丙烯的沖擊強度、彎曲強度等力學性能，在兩者填充比例為8∶4時沖擊強度最好，比純聚丙烯提高了106％;兩種粒子在聚丙烯中都能起到異相成核的作用，減小體系的過冷度，縮短半結(jié)晶時間，提高體系的結(jié)晶性能;復合材料的耐熱分解性能提高，耐熱變形性能也得到改善;隨著碳酸鈣填充量的增加，體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高，儲能模量增大，同時材料的損耗因子升高;隨著碳酸鈣填充量增加，復合體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度上升，儲能模量增加;體系表觀粘度對于剪切

6、速率具有較強的敏感性，且隨著碳酸鈣填充量的增加而下降;頻率升高體系的粘性模量上升，并在低頻區(qū)表現(xiàn)出類固態(tài)粘彈響應(yīng)。
　　 (3)采用基本斷裂功方法對聚丙烯/納米膠粉二元體系以及聚丙烯/納米膠粉/碳酸鈣三元體系的斷裂行為進行了研究，使用圖像采集器記錄斷裂過程，利用場發(fā)射掃描電鏡觀察斷面形貌。結(jié)果表明:在膠粉/聚丙烯二元體系中，納米膠粉提高了聚丙烯的比基本斷裂功，當其填充量為8phr時材料的比基本斷裂功達到最大值，為純聚丙烯的2.1

7、7倍;材料屈服前的比基本斷裂功變化不大，成頸-撕裂階段的比基本斷裂功明顯增加;材料的比非基本斷裂功提高，說明納米膠粉的填充能提高聚丙烯的塑性變形能力，采集的斷裂圖像顯示添加膠粉后材料的塑性區(qū)域面積增大。
　　 在聚丙烯/納米膠粉/碳酸鈣三元共混體系中，碳酸鈣粒子和納米膠粉都能提高聚丙烯的比基本斷裂功，二者共同填充能夠獲得更好的增韌效果，當二者填充量都為6phr時復合材料的比基本斷裂功達到最大，為純聚丙烯的2.4倍;三元體系屈服前