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纳米二氧化硅增强、增韧聚丙烯的研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-07-08 11:06:55  浏览次数:24
核心提示:纳米二氧化硅(VK-SP15/SP30/50)是一种无机化工材料,俗称白炭黑。由于是超细纳米级,尺寸范围在1~100nm,因此具有许多独特的性质,如具有对抗紫外线的光学性能


纳米二氧化硅VK-SP15/SP30/50是一种无机化工材料,俗称白炭黑。由于是超细纳米级,尺寸范围在1~100nm,因此具有许多独特的性质,如具有对抗紫外线的光学性能,能提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能。用途非常广泛。纳米级二氧化硅为无定形白色粉末,无毒、无味、无污染,微结构为球形,呈絮状和网状的准颗粒结构,分子式和结构式为SiO2,不溶于水。

由于纳米粒子具有许多特殊的性质,如表面尺寸效应、体积效应、量子效应等,引起了科学工作者的广泛兴趣。但是,纳米二氧化硅(SiO2 )比表面积大,表面活性极强,填充到聚丙烯(PP)中,与PP相容性差,因为纳米SiO 2极易团聚,所以难以制备出高性能的PP。采用经表面处理的纳米SiO2,用熔融共混法改性PP,并对该体系进行了较为系统的研究


 

1.纳米SiO2 含量对复合材料力学性能的影响

     1一图3为纳米SiO2VK-SP15/SP30/50 含量与体系力学性能的关系。从图1一图3可以看出,纳米SiO2 VK-SP15/SP30/50含量在0— 5% 的范围内复合材料的拉伸强度、拉伸弹性模量、缺口冲击强度基本上呈先提高后降低的趋势,唯有含橡胶弹性体的试样的拉伸弹性模量基本呈提高趋势,其原因可能是:纳米粒子尺寸小、比表面积大、表面的物理化学活性大,可与PP高分子链发生物理化学结合,改善了两相之间的结合力,但是纳米SiO2 VK-SP15/SP30/50含量太高时,在PP熔体中容易团聚,在受到冲击时,形成大量的空洞和裂纹,导致复合材料的综合性能降低;加入弹性体能大大提高冲击强度,但对PP的拉伸强度和拉伸弹性模量有大的影响,而只有在纳米SiO:含量高时,复合材料拉伸强度降低才并不很大,相对拉伸弹性模量还有提高的趋势。


2.热处理对复合材料力学性能的影响

    4是热处理对复合材料(PP/SiO2)力学性能的影响。由图4可以看出,随着热处理温度的提 高,复合材料的拉伸强度呈提高趋势,缺口冲击强度 先提高后降低,特别是热处理温度大于140℃ 时,变化十分明显。可能的原因是:① 试样经热处理后,PP原来的结晶不断完善,其中一部分出现了新的次级结晶,导致材料的结晶度增大;②在不同的热处理温度下, 晶相生长速度存在差异,当 小于140~C时, 相的生长速度较大, 相的生长速度较小,当 大于140oC时, 相的生长速度大于 相的生长速度 ;③热处理工艺还有可能影响晶粒尺寸的大小及其分布。以上三种因素综合作用导致拉伸强度呈现上述规律。

            

3 弹性体对复合材料力学性能的影响

1是弹性体种类对复合材料性能的影响。

从表1可以看出,弹性体的加入能够明显提高复合材料的缺口冲击强度,但是导致拉伸强度、拉伸弹性模量明显下降。弹性体A对拉伸弹性模量和拉伸强度影响较小。而弹性体c可提高复合材料的缺口冲击强度。这可能与弹性体的分子结构和门尼粘度有关,弹性体的分子结构影响纳米SiO2 VK-SP15/SP30/50PP的相容性,而门尼粘度影响纳米SiO2在PP基体中的分散性,从而影响复合材料的力学性能 J。图5为弹性体A含量对复合材料力学性能的影响。从图5可以看出,随着弹性体A含量的增加,拉伸强度持续降低,缺口冲击强度明显提高,这也说明加入弹性体和纳米粒子后可进一步提高复合材料的冲击性能。

 

 

4.共混工艺对复合材料力学性能的影响

  为了提高纳米材料的分散性,将高含量纳米SiO2VK-SP15/SP30/50PP通过挤出机先制成母料,然后再与PP混合进行二次造粒。制样。表2列出共混工艺对复合材料力学性能的影响。从表2可以看出,母料法制备的复合材料的力学性能明显优于一步法,这是因为母料法使得纳米SiO2:在PP基体中得到了二次分散,增加了纳米SiO2 分散的均匀性,从而提高了复合材料的力学性能。

 

5.交联剂对复合材料力学性能的影响

  6示出交联剂含量对复合材料力学性能的影响。从图6可以看出,随着交联剂含量的增加,复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度均呈现先提高后降低的趋势。这主要是因为:随着交联剂含量的增加,PP分子链的规整性被破坏,降低了结晶度,使得缺口冲击强度提高,相互交联的PP增加了高分子链之间的相互作用,使高分子链间不易发生滑移,导致高分子链间作用力增大,从而增加了高分子链的刚性和强度。但是,当交联剂增加到一定程度后,随着三维空间网状结构的增大,PP大分子自由基与交联剂接触的机会越来越小,而且,交联剂易发生自聚反应,其稳定PP大分子自由基的能力逐渐减弱,影响了PP的交联效率 J,致使PP的拉伸强度和冲击强度有所下降。 

 

结论

(1)纳米SiO2VK-SP15/SP30/50 可以明显提高PP的力学性能,添加2% 的SiO2,可使PP的拉伸强度提高10% ,拉伸弹性模量提高30% ,冲击强度提高80% 。

(2)加入2.0% 一2.4%DVB交联剂并经140oC热处理,可以提高PP/纳米SiO2VK-SP15/SP30/50的综合力学性能。

(3)弹性体的加入可明显提高PP/纳米SiO2 VK-SP15/SP30/50复合材料的冲击强度,但不能同时提高其拉伸强度。

(4)采用母料法二次分散纳米SiO2VK-SP15/SP30/50,可进一步提高复合材料的力学性能。

 

 
 
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