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

【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。