碳酸钙晶须填充聚丙烯复合材料的制备与性能研究

摘要

碳酸钙晶须作为一种单晶纤维材料，具有结构完整、强度高、热稳定性好和价格低廉等优点，是高分子材料的新型填充剂。将碳酸钙晶须填充于高分子材料中，既可以保留高分子材料的主要特性，又能通过晶须的增强、增韧等优势改善材料的性能，同时可以降低材料的成本。本文采用硬脂酸钠对碳酸钙晶须进行了表面处理，研究了表面处理的条件，优选出了合适的处理工艺和配比；将处理后的碳酸钙晶须填充到聚丙烯材料中，采用密炼模压成型法、挤出模压成型法和挤出注塑成型法三种方法制备了复合材料。采用差示扫描量热分析、热重分析、X-射线衍射分析、力学实验和扫描电镜等研究了碳酸钙晶须填充后对聚丙烯性能的影响。
　　 结果表明：硬脂酸钠对碳酸钙晶须的处理效果较好，最佳处理条件：处理剂用量为4.5％，处理时间为50mm和处理温度为40℃。三种成型方法均显示出：碳酸钙晶须填充后聚丙烯仍为α晶型，但使得聚丙烯的结晶温度向低温移动；复合材料的热稳定性增加。
　　 密炼模压成型法制备的复合材料的拉伸断裂方式由脆性断裂逐渐转变成了韧性断裂；弯曲断裂均表现出了韧性断裂方式。与未填充聚丙烯的力学性能相比，碳酸钙晶须的填充使得复合材料的拉伸应力虽略有降低，但拉伸断裂应变增加，特别是弯曲性能更突出，晶须填充量为5～10％时，复合材料的弯曲应力比纯聚丙烯提高了约11.5％；填充5％晶须时，弯曲断裂应变比纯聚丙烯提高了173％。
　　 挤出模压成型法制备的复合材料在填充5％时为韧性拉伸断裂，填充15％后为脆性断裂；弯曲断裂均表现出了韧性断裂方式。填充5％时拉伸应力最大为18.2MPa，拉伸断裂应变均表现出增加。碳酸钙晶须对聚丙烯起到了增强增韧双重效果，尤其是增韧效果更突出，当填充量为5％时，复合材料的弯曲应力比纯聚丙烯提高了约23.4％；填充20％～30％的晶须时，断裂弯曲应变增大约59％。
　　 挤出注塑法制备的复合材料均为有屈服点的拉伸应变模式，屈服应力略有降低但断裂应力提高了约32.1％，这与采用上述两种成型方法表现出的无屈服点的拉伸应变模式不同。此外，碳酸钙晶须加入后，使得复合材料的弯曲应力明显增加，填充15％晶须时复合材料的弯曲应力增加最大，达39.5MPa。扫描电镜可观察到拉伸断面受力的晶须，说明碳酸钙晶须填充后起到了增强增韧的作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 晶须和无机晶须

1.2 无机晶须填充聚合物改性

1.2.1 聚合物的填充改性

1.2.2 无机晶须与聚合物的界面

1.2.3 无机晶须表面改性

1.3 碳酸钙晶须填充聚合物的应用研究进展

1.3.1 聚丙烯

1.3.2 聚氯乙烯

1.3.3 聚苯乙烯

1.3.4 聚丙烯酸酯

1.3.5 聚醚醚酮

1.3.6 其它

1.4 本论文选题的意义和研究内容

第二章 碳酸钙晶须的表面处理

2.1 主要试剂及理化性质

2.2 测试仪器

2.3 表面处理

2.3.1 表面处理方法

2.3.2 表征方法

2.4 结果与讨论

2.4.1 处理剂用量的影响

2.4.2 处理时间的影响

2.4.3 处理温度的影响

2.4.4 处理前后晶须的红外光谱

2.4.5 偏光显微观察

2.5 本章小结

第三章 密炼模压成型法制备复合材料的研究

3.1 原料与仪器

3.1.1 主要原料

3.1.2 主要仪器

3.2 试样制备

3.3 性能测试

3.3.1 热性能

3.3.2 结晶性能

3.3.3 力学性能

3.3.4 微观形貌

3.4 结果与讨论

3.4.1 复合材料的结构分析

3.4.2 复合材料的热性能分析

3.4.3 复合材料的力学性能分析

3.4.4 复合材料的微观结构分析

3.5 本章小结

第四章 挤出模压成型法制备复合材料的研究

4.1 原料与仪器

4.1.1 主要原料

4.1.2 主要仪器

4.2 试样制备

4.3 性能测试

4.3.1 热性能

4.3.2 结晶性能

4.3.3 力学性能

4.3.4 微观形貌

4.4 结果与讨论

4.4.1 复合材料的结晶结构分析

4.4.2 复合材料的结晶热力学分析

4.4.3 复合材料的力学性能分析

4.4.4 复合材料的微观结构分析

4.5 本章小结

第五章 挤出注塑成型法制备复合材料的研究

5.1 原料与仪器

5.1.1 主要原料

5.1.2 主要仪器

5.2 试样制备

5.3 性能测试

5.3.1 热性能

5.3.2 结晶性能

5.3.3 力学性能

5.3.4 微观形貌

5.4 结果与讨论

5.4.1 复合材料的结晶结构分析

5.4.2 复合材料的结晶热力学分析

5.4.3 复合材料的力学性能分析

5.4.4 复合材料的微观结构分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

个人简历

致谢