纳米SiO改性PP/微晶白云母复合材料的研究

摘要

聚丙烯（PP）作为一种通用塑料，原料来源丰富、价格低廉，与其它通用塑料相比，具有较好的综合性能，同时由于PP 也存在成型收缩率大、脆性高，缺口冲击强度低的问题，大大限制了PP的进一步应用。因此，对PP 进行增韧、增强改性显得尤为重要。
　　 微晶白云母是中国川西地区发现的一种新型矿物资源，是一种优良的刚性无机填料，可用作塑料、橡胶等复合材料的填充材料。
　　 纳米SiO2 由于其所具有的一系列特殊性质和大的比表面积，若与PP 复合，不但使PP的韧性得以大幅度改善，刚性强度及加工性能同样也可以得到保持或提高。
　　 论文以改性纳米SiO2 为增韧剂，改性微晶白云母为增强剂，PE-g-MAH 为增容剂，采用共混填充复合工艺，制备高性能的聚丙烯复合材料。研究了复合材料力学性能，对复合材料的增强增韧机理进行了初步探讨，取得了以下主要研究结果：
　　 (1) 为了提高纳米PP 与微晶白云母及纳米SiO2之间的相容性，对微晶白云母和纳米SiO2 进行了改性处理。研究了硅烷偶联剂KH-550 对微晶白云母和纳米SiO2的改性效果，表征结果表明：偶联剂分子已经接枝在填料表面，且有效降低了微晶白云母、纳米SiO2之间的团聚。
　　 (2)采用熔融共混法制备了PP/微晶白云母复合材料，研究了微晶白云母的加入量对其性能的影响。结果表明，当微晶白云母含量为PP 质量的15％时，复合体系拉伸强度比纯PP 提高了19.3％；当微晶白云母含量为10 ％时，复合体系缺口冲击强度比纯PP 提高了10.0％。
　　 (3) 利用正交试验法对PP/微晶白云母/纳米SiO2 复合材料各种原料的配比进行了研究，采用了三因素三水平试验，考察了微晶白云母、纳米SiO2 以及作为相容剂的PE-g-MAH的较佳含量，确定了较佳的质量配比的大致范围为：PP/微晶白云母/纳米SiO2/PE-g-MAH=100/20/1/5，利用该配比制备的复合材料拉伸强度和冲击强度比纯PP 分别提高了17.5％和41.3％，表明，纳米SiO2和PE-g-MAH的加入大大改善了复合材料的刚性和韧性。
　　 (4) 对纳米SiO2的用量进行单因素实验表明，随着纳米SiO2的增加，复合材料的拉伸强度和冲击强度逐渐增加，加入PP 质量1％的纳米SiO2 粒子时PP/微晶白云母/纳米SiO2/PE-g-MAH 复合材料力学性能最佳，相比PP/微晶白云母其冲击强度提高37.8％、拉伸强度增加8.7％。
　　 (5) 对PE-g-MAH的用量进行单因素实验表明，随着PE-g-MAH 含量的增加，PP/微晶白云母/纳米SiO2/PE-g-MAH 复合材料冲强度、拉伸强度增加，PE-g-MAH的最佳含量为PP 质量的5％。
　　 (6)复合材料冲击断面微观形貌分析表明，PP/微晶白云母/纳米SiO2/PE-g-MAH 复合材料的冲击断面为韧性断裂，微晶白云母和纳米SiO2 粒子在PP 中分散良好，起到了阻止裂纹的扩散，使基体树脂发生了屈服形变的作用，使得复合材料获得良好的增韧增强效果。