硅灰石\聚丙烯复合体系的界面设计及其力学性能的研究

摘要

该文通过设计五种不同界面特性的硅灰石填料,对聚丙烯进行填充改性,研究不同界面特性的硅灰石对聚丙烯加工性能、结晶行为和力学性能的影响.该研究首次采用了用不同的无机颗粒-碳酸钙和二氧化硅对硅灰石进行表面包覆的复合填料填充改性聚丙烯,发现在硅灰石表面包覆碳酸钙后,会对硅灰石的应用特性有重要影响,该复合颗粒的比表面积比普通硅灰石大,碳酸钙粒子钝化了由于机械力造成的硅灰石的棱角,使平滑的晶体解理面变得粗糙;同时硅灰石粉体白度增大,可应用于浅色制品;而且由于表面包覆的碳酸钙粒子的硬度比硅灰石要小,使该粉体作为填料使用时对设备的磨损程度减小,提高了经济效益.偶联剂处理后的硅灰石和包覆硅灰石,与聚丙烯的相容性变好,加工过程中与螺杆的摩擦打滑显现减弱,改善了加工性能.从力学性能上看,碳酸钙包覆硅灰石如果不经过偶联剂处理,填充复合材料的韧性不会得到提高,反而比普通硅灰石还差,但是用对碳酸钙改性效果较好的钛酸酯偶联剂和铝钛复合偶联剂对包覆硅灰石进行表面改性后,填充复合材料的强度和韧性都得到了提高,特别是复合材料的韧性,在填充量为15％时,两种偶联剂处理的包覆硅灰石填充体系的冲击强度比纯聚丙烯还高,实现了对聚丙烯的增韧作用,克服了普通硅灰石填料填充聚合物后,使复合材料脆化的缺点.电镜照片显示,包覆碳酸钙后,硅灰石更容易在基体中分散并产生取向,这是复合材料弯曲强度得到显著提高的重要原因;偶联剂处理能加强填料与聚丙烯之间的界面粘接力,提高复合材料的拉伸强度,同时柔性界面层能舒缓复合材料内部的热应力,减少应力集中发生的机率,并且在复合材料受到外力作用时,及时发生形变、脱粘以消耗能量,提高复合材料的韧性.通过DSC和X-粉晶衍射对具有不同界面特性的复合材料的结晶行为进行了分析,发现硅灰石和包覆硅灰石填充聚丙烯复合体系中,聚丙烯的结晶仍是α晶占绝对优势,并没有出现诱导生成β晶的趋势;不同界面特性的填料对聚丙烯有不同的成核活性,导致复合材料的结晶度和晶粒尺寸不同,也是复合材料力学性能有差异的原因.

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1硅灰石填充聚合物发展概况

1.2复合材料的界面理论

1.3填料的表面改性

1.4填料表面改性的评价方法

1.5不同形状填料的配合使用

1.6硅灰石填充聚丙烯的结构与性能

1.7本论文的目的、意义及主要研究内容

第二章原料、设备及研究方法

2.1原料

2.2制样设备

2.3制样方法

2.3.1填料的制备

2.3.2填料的表面改性

2.3.3复合体系的制备

2.3.4试样制备

2.4测试设备及试验条件

2.5 PP/硅灰石复合体系的界面设计

2.6 PP/硅灰石复合体系界面的表征

2.6.1 PP/硅灰石复合体系的结晶行为

2.6.2 PP/硅灰石复合体系冲击断口形貌

2.6.3 PP/硅灰石复合体系的力学性能

第三章界面特性对PP/硅灰石复合体系力学性能的影响

3.1.SiO2包覆硅灰石对PP力学性能的影响

3.2 CaCO3包覆硅灰石对PP力学性能的影响

3.2.1拉伸屈服应力

3.2.2冲击强度

3.2.3弯曲性能

3.3本章小结

第四章包覆硅灰石的物理性质及填充复合材料的形态结构

4.1包覆硅灰石的物理性质

4.1.2.粒径

4.1.3.比表面积的变化

4.1.4.白度

4.2与普通的硅灰石填料相比其优势

4.2.1价格优势

4.2.2密度因素

4.2.3在使用填料达到预期目的的同时不产生副作用

4.2.4使用的方便性

4.2.5长远的社会效益

4.3填料在聚合物中的分散状态

4.4填料与聚合物的界面粘接状况

4.4.1硅灰石原料

4.4.2硅烷偶联剂处理的硅灰石

4.4.3碳酸钙包覆硅灰石

4.2.4钛酸酯偶联剂处理复合粒子

4.4.5铝钛复合偶联剂表面改性包覆硅灰石

4.5硅灰石填充聚丙烯的结晶行为

4.5.1注塑成型试样的晶型

4.5.2填料对结晶温度的影响

4.5.3结晶度

第五章结论

参考文献

致谢