有机改性海泡石/聚丙烯复合材料的制备、表征及性能研究

摘要

聚丙烯(PP)作为五大通用合成树脂之一，具有密度小、力学性能优良、电绝缘性良好、耐应力开裂和耐化学药品等优点，被广泛应用于汽车工业、电子电气、建材家具和包装等各个领域。但是PP低温冲击性差、尺寸收缩率大、易老化等缺点，限制了它的应用范围和功能发展。本课题的主要目的是通过引入海泡石实现对聚丙烯的增强增韧，制备综合性能较好的复合材料，并讨论其结构和性能之间的关系。
　　 首先，对海泡石原料进行提纯和酸热处理，得到活化海泡石。以十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，采用复合型表面活性剂（十六烷基三甲基溴化铵与六偏磷酸钠的质量比为3：1）对海泡石进行有机化改性。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、热重(TG)和接触角(CA)分析等手段对有机改性海泡石进行了表征。SEM分析表明，有机化改性提高了海泡石纤维的松散程度；XRD分析表明，有机改性扩大了纤维的孔道尺寸，结合FT-IR、TG分析结果表明有机改性使得季铵盐大分子成功进入孔道内部，并且改性后海泡石的热稳定性得到提高；CA分析表明，有机化海泡石纤维的亲油性能得到有效改善。
　　 其次，采用挤出共混方法制备了海泡石/聚丙烯复合材料，通过拉伸、冲击、WAXD、DMA和动态流变测试，分析了海泡石有机化改性前后对聚丙烯的力学性能的影响。结果表明，当有机改性海泡石的含量为1.5％时，复合材料的拉伸强度比纯聚丙烯提高了13.8％，冲击强度提高了约80％;WAXD的分析表明海泡石的加入减少了β晶型的含量，细化了a晶粒；DMA分析表明海泡石的加入对复合材料储能模量有一定的贡献：动态流变行为分析表明添加有机改性海泡石后，复合材料的动态黏度、损耗模量和储能模量均有一定的提高。
　　 最后，通过DSC测试研究了复合材料的等温结晶和非等温结晶行为，采用偏光显微镜(PLM)观察了聚丙烯球晶的变化。采用Avrami方程对等温结晶过程进行了描述，发现海泡石的加入，使得聚丙烯及其复合材料的Avrami指数从1.59增大至3.02，并且通过PLM分析得出，复合材料的球晶尺寸减小，数量增多，并且以海泡石纤维为中心形成了串晶。采用Avrami修正的Jeziorny方法、Mo方法和Ozawa方法对聚丙烯及其复合材料的非等温结晶过程进行了描述，其中，用Avrami修正的Jeziorny方法描述时：结晶速率常数K随降温速率的增加而增加，修正后的指数n均大于纯聚丙烯的n值。采用Mo方法分析时得出的规律与前一种方法相一致，而Ozawa方法只适用于描述纯聚丙烯的非等温结晶行为。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 聚丙烯的发展现状及改性研究进展

1.1.1 聚丙烯的发展现状及趋势

1.1.2 聚丙烯的改性研究进展

1.2 海泡石简介

1.2.1 海泡石的特性及其应用

1.2.2 海泡石的改性研究进展

1.3 聚丙烯及其复合材料的结晶行为研究

1.3.1 聚丙烯及复合材料的晶型及结构

1.3.2 复合材料的结晶动力学

1.3.4 影响聚合物及复合材料结晶的因素

1.4 本课题研究的目的及内容

1.4.1 本课题的立题依据

1.4.2 国内外研究现状及发展趋势

1.4.3 本课题研究的目的及意义

1.4.4 本课题研究的路线和方法

1.5 本课题的来源

2 有机化改性海泡石的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 实验仪器与设备

2.2.3 有机改性海泡石的制备

2.2.4 有机改性海泡石的表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 SEM分析

2.3.2 XRD分析

2.3.3 FT-IR分析

2.3.4 TG分析

2.3.5 CA分析

2.4 小结

3 海泡石/聚丙烯复合材料的制备与表征

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验仪器与设备

3.2.3 海泡石/聚丙烯复合材料的制备

3.2.4 海泡石/聚丙烯复合材料的表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 拉伸强度测试

3.3.2 冲击强度测试

3.3.3 断面SEM分析

3.3.4 WAXD分析

3.3.5 DMA分析

3.3.6 动态流变分析

3.4 小结

4 海泡石/聚丙烯复合材料的等温结晶行为研究

4.1 引言

4.2 等温结晶动力学基础理论

4.2.1 结晶度计算

4.2.2 等温结晶动力学参数的计算

4.3 海泡石/聚丙烯复合材料的等温结晶动力学研究

4.3.1 DSC测试

4.3.2 等温结晶DSC曲线

4.3.3 结晶度计算

4.3.4 结晶动力学参数计算

4.4 海泡石/聚丙烯复合材料的结晶形貌分析

4.4.1 PLM测试

4.4.2 PLM分析

4.5 小结

5 海泡石/聚丙烯复合材料的非等温结晶动力学研究

5.1 引言

5.2 非等温结晶动力学基础理论

5.2.1 结晶度计算

5.2.2 结晶速率的测定

5.3 非等温结晶动力学研究

5.3.1 DSC测试

5.3.2 非等温结晶动力学DSC曲线

5.3.3 非等温过程结晶度的计算

5.3.4 非等温过程结晶速率计算

5.4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果