PP/POE/纳米CaCO3复合材料的制备及性能研究

2019-05-13刘艳军

山东化工 2019年8期

刘艳军

(太原工业学院材料工程系，山西太原 030008)

纳米CaCO3是一种重要的无机填料，由于具有价格低廉、无毒、无刺激性、无味、色泽好、白度高等优点，因此获得广泛的应用，已广泛用于橡胶、造纸、涂料、润滑油等领域[1]。通过掺入各种无机刚性粒子增韧，可大幅度提高PP的冲击强度，改善其低温韧性。共混改性作为简单易行的一种技术方法，广泛应用于聚丙烯的增韧改性[2]。选用纳米碳酸钙对PP/POE共混物进行共混改性，对改善PP的力学性能、拓展其应用具有特别重要的意义。

1 实验部分

1.1 原材料及试样制备

将聚丙烯(中国神华煤制油化工有限公司 L5E89)、 POE(美国杜邦陶氏8105)按80∶20比例混合后，加入不同质量分数的纳米碳酸钙(山西华新纳米材料有限公司)，经高速混合后，加入到双螺杆挤出机中，经熔融共混、冷却、干燥、切粒后，制成分别含有质量分数为0%、5%、10%、15%、20%、25%纳米碳酸钙的PP/POE/纳米碳酸钙共混物，然后将粒料放入注塑机制成样品。

1.2 共混物的测试与表征

力学性能测试：冲击强度按GB1043-79进行；拉伸强度按GB1040-79进行；弯曲性能测试按GB/T9341-2000标准进行，十字头下降速度为2mm/min。

熔融指数的测试：将所测试样充分干燥后，加入到XRZ-300熔融指数仪中，按GB-T3682-2000标准进行测试，温度为230℃，载荷为2160g。

热重分析(TG)：样品重量在5～10mg的范围。将试样从室温升至700℃，保持10min，然后恒速降温至室温，依次测试。

动态流变性能采用高级扩展流变仪进行测试，采用控制应变的模式。应变设定为0.1%，测试温度设定为200℃，频率扫描范围0.01rad/s-100rad/s。

2 结果与讨论

2.1 纳米碳酸钙用量对PP/POE/纳米CaCO3力学性能的影响

图1 不同纳米碳酸钙含量对PP/POE/纳米CaCO3拉伸强度的影响

图2 不同纳米碳酸钙含量对PP/POE/纳米CaCO3冲击强度的影响

图3 不同纳米碳酸钙含量对PP/POE/纳米CaCO3弯曲强度的影响

如图1可以看出，随着纳米CaCO3含量的增加，PP/POE/纳米CaCO3共混物的常温冲拉伸强度略有降低，从图2可以看出，随着纳米碳酸钙含量增加，PP/POE/纳米CaCO3共混物的冲击强度显著提高，拉伸强度则由11.9kJ/m2提高至50.7kJ/m2。图3可见对PP/POE/纳米CaCO3共混体系，加入纳米碳酸钙后弯曲强度整体略有下降，在纳米碳酸钙含量达到15%后，弯曲强度基本不变。由于纳米碳酸钙表面活性高，与PP的界面接触好，银纹在扩散时受到碳酸钙的阻碍和钝化，改善了材料的抗裂纹扩展能力，有效抵抗了大分子的移位、错位，有利于材料冲击强度的提高[3]。

2.2 纳米碳酸钙用量对PP/POE/纳米CaCO3加工性能的影响

2.2.1 熔体流动速率

图4 不同纳米碳酸钙含量对PP/POE/纳米CaCO3溶体流动速率的影响

由图4可以看出，共混物的熔体流动指数随纳米碳酸钙用量的增加先上升后下降，当纳米碳酸钙含量为15%时，熔体流动指数达到最大值12.95g/10min。纳米CaCO3粒子存在于PP分子间充当着润滑剂，使熔融共混物的黏流阻力减小，流动性增加[4]。

2.2.2 热分解温度

图5 不同纳米碳酸钙含量对PP/POE/纳米CaCO3热分解速率的影响

从图5可以看出，复合材料加入纳米碳酸钙后分解温度明显增大，达到一定值后趋于稳定。当材料中加入少量纳米碳酸钙时，材料的分解温度几乎不变，随着纳米碳酸钙含量增大，分解温度明显增大。

2.3 纳米碳酸钙用量对PP/POE/纳米CaCO3流变行为的影响

图6 纳米碳酸钙用量对PP/POE/纳米CaCO3弹性模量的影响

图7 纳米碳酸钙用量对PP/POE/纳米CaCO3黏性模量的影响

图6可以看出，随着剪切频率的升高，PP/POE/纳米CaCO3复合材料的弹性模量(G′)逐渐增大。在相同频率下，随纳米碳

酸钙含量增加，材料的弹性模量(G′)先增大后缓慢下降。纳米碳酸钙含量为5%时，弹性模量(G′)比未加入纳米碳酸钙时高，纳米碳酸钙含量大于5%时，弹性模量(G′)较未加入纳米碳酸钙时低。图7黏性模量的趋势与弹性模量相似。由图8可知，随着纳米碳酸钙填充量的增加，体系熔体的复合黏度下降的趋势，在加入量较小时，复数黏度几乎不变，这种趋势在低频区表现的尤为明显[5]。