聚丙烯/天然橡胶/碳酸钙三元复合材料的制备与性能研究

摘要

本文通过熔融共混的方法制备了聚丙烯/纳米碳酸钙 PP/NR/Nano-CaCO3二元复合材料和聚丙烯/天然橡胶/纳米碳酸钙 PP/NR/Nano-CaCO3三元复合材料，并讨论了Nano-CaCO3的用量和NR的用量对PP力学性能、流变性能、结晶性能和热稳定性的影响，观察了 Nano-CaCO3在 PP 基体中的分散情况以及PP/NR/Nano-CaCO3三元复合材料的微观形貌结构。同时，讨论了不同加工工艺对PP/NR/Nano-CaCO3三元复合体系流变性能和力学性能的影响。结果表明：随着 Nano-CaCO3含量的增加，PP/Nano-CaCO3二元复合体系的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度均先增大后减小，断裂伸长率单调下降，当Nano-CaCO3的含量为10 wt%时，二元复合体系的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别达到最大值（23.4 MPa、40.3 MPa、1355.7 MPa和46.5 kJ/m2），断裂伸长率为827.1%；随着NR含量的增加，PP/NR/Nano-CaCO3三元复合体系的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量逐渐减小，断裂伸长率和冲击强度逐渐增加。当NR含量为6 wt%时，三元复合体系的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别21.9 MPa、915.2%、37.4 MPa、1147.4 MPa和48.6 kJ/m2；在相同温度和剪切速率的作用下，随着Nano-CaCO3含量的增加，PP/Nano-CaCO3复合体系平衡转矩逐渐增大，加工性能降低。NR和Nano-CaCO3的加入分别使PP平衡转矩降低和提高，二者的协同作用使PP/NR/Nano-CaCO3三元复合体系的平衡转矩得到了提高；通过POM和XRD得知Nano-CaCO3的加入使PP球晶半径变小，球晶数量增多；在MAPP含量为6 wt%时，综合性能最佳，拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为：25.2 MPa、832.9%、41.6 MPa、1377.1 MPa和47.8 kJ/m2；通过DSC和TGA得知，Nano-CaCO3提高了PP的热稳定性，对其失重速率的影响较小，而NR降低了PP的热稳定性，并提高了体系的分解速率；通过 SEM 可知，填充 10 wt%Nano-CaCO3的PP材料没有出现Nano-CaCO3的团聚现象，并均匀分散，而添加NR后，PP/Nano-CaCO3的断面出现了明显的起伏、丝状和韧窝，表现为韧性增强；最后分析了不同的制备方法对复合材料力学性能和流变性能的影响，结果表明采用核壳包覆法制备的复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度均比采用直接共混法制备的复合材料大。

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