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聚丙烯/乙烯—辛烯共聚物/硫酸钡三元复合体系的界面设计与性能研究

李震  
【摘要】: 本文以界面相互作用对聚丙烯/乙烯-辛烯共聚物/硫酸钡三元复合体系结构与性能的影响为主线,分别以共聚聚丙烯及均聚聚丙烯为基体树脂,设计了三种具有不同界面相互作用的PP/POE/BaSO_4三元复合体系。研究了界面设计对三元复合体系的形态结构、结晶行为、力学性能以及流变性能的影响规律,从界面粘接与微观形变及断裂机理的关系出发,讨论了三元复合体系的增韧机理。通过流变性能研究,讨论了界面设计对三元复合体系剪切屈服行为与触变行为的影响。 采用反应性加工方法处理的BaSO_4填料(BM母料)所制备的三元复合体系(EM、TM系列),POE包覆在BaSO_4填料表面形成核-壳包容物分散在PP基体中,体系中界面相互作用最强。采用未经任何处理的BaSO_4填料(BO母料)所制备的三元复合体系(EO、TO系列)与采用钛酸酯偶联剂处理的BaSO_4填料(BN母料)所制备的三元复合体系(EN、TN系列),其形态结构均为完全分离结构,前者的界面相互作用强于后者。 POE与共聚聚丙烯及均聚聚丙烯相容性上的差别,导致POE对于共聚及均聚聚丙烯的结晶行为具有不同的影响。POE对于均聚聚丙烯的结晶具有异相成核的作用,使聚丙烯的结晶速率变快。但是,POE分子中的辛烯长链严重影响了聚丙烯分子链的运动与重排,导致聚丙烯的结晶度下降。 三元复合体系中,BaSO_4粒子对于聚丙烯基体的结晶具有异相成 中文摘要 核的作用。BaSO。粒子的成核活性受到形态结构与界面相互作用的影 响。完全分离结构中BaSO。粒子的成核活性较大,对于同样是完全分 离结构的三元复合体系,BaSO。粒子的成核活性取决于BaSO。粒子与 聚丙烯基体之问界面相互作用的强弱,BaSO。粒子的成核活性随着界 面相互作用的增强而提高。 形态结构与界面相互作用是影响三元复合体系力学性能的重要因 素。核-壳结构的三元复合体系的拉伸屈服应力、冲击韧性大于完全分 离结构的三元复合体系,但前者的弯曲模量与断裂伸长率小于后者。 仪器化冲击实验结果表明,三元复合体系的增韧机理与裂纹扩展 能的提高相关联。裂纹扩展能的提高受到形态结构与界面粘接的影响。 核.壳包覆结构的三元复合体系具有最高的裂纹扩展能。 冲击断面形貌分析表明,高速形变条件下,BaSO。粒子与聚丙烯 基体之间的界面脱粘以及POE诱发聚丙烯基体发生剪切屈服是具有完 全分离结构三元复合体系的主要增韧途径。具有核-壳结构的三元复合 体系中,核-壳包容物使得POE的表观体积增大,“基体层”厚度变小, 更容易使局部的应力状态从乎面应变状态向平面应力状态转化。聚丙 烯基体发生大面积的剪切屈服,吸收了冲击能量。与此同时,核-壳包 容物的结构在受到冲击过程中也被破坏,BaSO4粒子表面的POE层被 拉伸撕裂成丝状物将BaSO。粒子与聚丙烯基体连接在一起,对裂纹扩 展能的提高具有重要贡献。冲击断面形貌分析结果与仪器化冲击实验 结果相吻合。 利用剪切屈服应力值与触变环上行曲线剪切应力值的相对大小, 可以定性地得到三元复合体系中网络结构的相对强弱,即 **5>E05>*NS以及**5>n5>*NS。触变环实验中,上行曲线的剪切 应力值不仅反映了三元复合体系中网络结构的强度,而且也是体系中 界面相互作用强弱程度的一种表征手段,与采用零剪切粘度表征界面 相互作用的方法具有可比性。 以上研究为高强度、高韧性PP/POE/BaSO。复合材料的制备与加工 提供了理论根据。


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