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硫酸钙晶须/聚丙烯复合材料的制备与性能

王天佑  
【摘要】:聚丙烯(PP)具有力学性能优良、结晶度较高、耐热性良好、化学稳定性优异和抗弯曲疲劳、抗龟裂性好等优点,但作为工程材料应用时,材料的强度和韧性往往不能兼得,材料往往强度高而韧性低,或者韧性高而强度低。因此,实际应用中,通常对PP材料进行针对性的改性,提高强度或者韧性,以拓展其使用领域。为了改善PP材料的力学性能,本研究利用天然的硫酸钙晶须为主要增强材料,在对晶须进行改性的基础上,用于改性PP,研究了硫酸钙晶须(CSW)/PP复合材料的力学、结晶、流变、加工等性能。首先,研究钛酸酯偶联剂(NDZ)接枝CSW。获得了不同接枝率的改性硫酸钙晶须(OCSW),然后将OCSW与PP进行熔融共混。结果表明,NDZ能够明显改善CSW与PP的相容性。具有适当接枝率的OCSW与PP基体具有良好的界面作用,并作为复合材料中的应力集中物对基体发挥了明显的增强效果。其次,系统研究了OCSW/PP复合材料的性能。选取接枝率为2.0%的OCSW改性PP制备OCSW/PP复合材料。结果表明,与CSW/PP复合材料相比,OCSW/PP复合材料的综合力学性能更好、诱导?晶成核的OCSW临界含量更低、结晶温度更低。随着OCSW含量的增加,OCSW/PP复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度均先增大后降低,OCSW的最佳含量在5 wt%~10 wt%。OCSW对PP的流变性能与动态力学性能影响较大。OCSW对PP熔体具有增粘作用。随着OCSW含量的增加,复合材料的晶体尺寸逐渐减小。OCSW/PP复合材料的最佳注塑工艺为料筒温度190℃,模具温度为30℃。再次,研究了OCSW/PP复合材料的发泡性能。结果表明,在发泡复合材料中OCSW含量为4 wt%时,复合材料具有最佳的综合力学性能。与未添加OCSW的纯PP相比,添加相同量的发泡剂时,复合材料可以获得更小的泡孔尺寸,OCSW在泡孔壁中取向,对泡孔壁发挥增强作用,提高了复合材料的拉伸强度和压缩强度;但当OCSW含量高于6 wt%时,容易出现泡孔坍塌现象。最后,研究了OCSW和玻璃纤维(GF)协同改性PP。结果表明,OCSW和GF对PP具有协同增强作用,当OCSW含量为3 wt%、GF含量为20 wt%时,复合材料具有最佳的综合力学性能。OCSW和GF还具有协同诱导?晶成核作用,当OCSW含量为5 wt%、GF含量为20 wt%时,PP中?晶的相对含量达到了0.5。随着OCSW含量的增加,复合材料的熔体粘度、剪切储能模量逐渐减小。


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