董金虎

（陜西理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西漢中723003）

共混方法及云母含量對(duì)PP／云母復(fù)合材料性能的影響

董金虎

（陜西理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西漢中723003）

分別采用熔融共混法和二階共混法制備了聚丙烯（PP）／云母復(fù)合材料，探討了共混方法及云母含量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能和熱性能的影響，并采用掃描電子顯微鏡觀察了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，與熔融共混法相比，采用二階共混法制備的PP／云母復(fù)合材料的兩相界面結(jié)合更好，各項(xiàng)性能也均優(yōu)于熔融共混法制備的復(fù)合材料；當(dāng)云母含量為15%時(shí)，二階共混法制備的復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱性能達(dá)到最佳。

聚丙烯；共混；云母；復(fù)合材料；力學(xué)性能；熱性能

0 前言

在正常注射成型工藝條件下，純PP會(huì)形成較大尺寸的球晶，而且成型過(guò)程中結(jié)晶不充分還會(huì)出現(xiàn)后結(jié)晶問(wèn)題，從而使PP具有脆性特征［1－2］。因此，對(duì)PP的改性主要圍繞結(jié)晶展開(kāi)。同時(shí)，為了改善PP的耐熱性和剛性，降低PP的成本，工程應(yīng)用中通常會(huì)對(duì)PP進(jìn)行無(wú)機(jī)填料的填充改性［3－4］。

本文以具有片層結(jié)構(gòu)的云母為填料，分別采用熔融共混和二階共混法制備了PP／云母復(fù)合材料，探討了云母含量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，并從微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和探討［5］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PP，粉料，KL0058－2002，中國(guó)克拉瑪依石化公司；

白云母，粒徑為10μm，源豐礦業(yè)有限責(zé)任公司；

硅烷偶聯(lián)劑，KH－560，上海耀華化工廠；

無(wú)水乙醇，化學(xué)純，西安三浦精細(xì)化工廠；

二甲苯，化學(xué)純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

注塑機(jī)，SZ－100－40A，成都注塑機(jī)械廠；

計(jì)算機(jī)控制拉力試驗(yàn)機(jī)，LDS－20KN，長(zhǎng)春市智能儀器設(shè)備有限公司；

機(jī)械式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)，JJ－22，長(zhǎng)春市智能儀器設(shè)備有限公司；

熱機(jī)械檢測(cè)儀，RJY－1P，上海精密儀器儀表有限公司；

掃描電子顯微鏡，JSM－6390LV，日本JEOL公司。

1.3 樣品制備

云母的表面改性：取2%（以云母質(zhì)量計(jì)）的硅烷偶聯(lián)劑，按照硅烷偶聯(lián)劑／無(wú)水乙醇／水的質(zhì)量比為20／80／8配置溶液，將所得溶液均勻滴加到云母中，充分?jǐn)嚢杈鶆?，?20℃條件下烘干1h，充分研磨后備用；

熔融共混法制備復(fù)合材料：將改性云母與PP粉料按表1所示的比例充分混合均勻，然后注射成型拉伸和沖擊測(cè)試樣條，靜置3d后進(jìn)行性能檢測(cè)；

二階共混法制備復(fù)合材料：按表1所示的比例，取1／3的PP和全部的云母，用適量的二甲苯為溶劑，在120～140℃的條件下，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝螅脺p壓蒸餾裝置將大部分的二甲苯蒸出，將其置于烘箱中在120℃左右的條件下干燥，直到殘留的二甲苯完全揮發(fā)；干燥后再與剩余的PP粉料充分混合均勻，然后注射成型拉伸和沖擊測(cè)試樣條，靜置3d后進(jìn)行性能檢測(cè)。

表1 實(shí)驗(yàn)配方表Tab.1 Experimental formula

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

拉伸性能按GB／T 1040.2—2006進(jìn)行測(cè)試，試樣為啞鈴形，拉伸速度為50mm／min；

沖擊強(qiáng)度按GB／T 1843—1993進(jìn)行測(cè)試，試樣尺寸為10mm×15mm×120mm；

沖擊斷面表面噴金，采用掃描電子顯微鏡進(jìn)行斷口微觀形貌分析，電子束電壓為20kV。

2 結(jié)果與討論

2.1 云母含量對(duì)復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響

從圖1可以看出，云母含量從10%增加到30%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度變化幅度較小。熔融共混法制備的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度略呈降低趨勢(shì)，而二階共混法制備的復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度略有提高。故而，就拉伸強(qiáng)度而言，采用二階共混法制備的復(fù)合材料要優(yōu)于熔融共混法，且云母含量在30%以下都具有工程應(yīng)用價(jià)值。

圖1 云母含量對(duì)PP／云母復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響Fig.1 Effect of mica contents on tensile strength of PP／mica composites

2.2 云母含量對(duì)復(fù)合材料斷裂伸長(zhǎng)率的影響

從圖2可以看出，云母含量低于15%時(shí)，復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率變化不大；云母含量從15%增加到30%，復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率下降趨勢(shì)增大，且二階共混法制備的復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率高于熔融共混法。因此，從斷裂伸長(zhǎng)率角度來(lái)說(shuō)，云母含量在15%～25%時(shí)，二階共混法制備的PP／云母復(fù)合材料都具有工程應(yīng)用價(jià)值。

圖2 云母含量對(duì)PP／云母復(fù)合材料伸長(zhǎng)率的影響Fig.2 Effect of mica contents on elongation at break of PP／mica composites

2.3 云母含量對(duì)復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響

從圖3可以看出，云母含量為10%時(shí)，相對(duì)于純PP而言，熔融共混法和二階共混法制備的復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度分別提高了21%和24%。當(dāng)云母含量超過(guò)10%時(shí)，熔融共混法制備的復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度呈明顯下降趨勢(shì)；云母含量為15%時(shí)，二階共混法制備的復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度與云母含量為10%時(shí)相當(dāng)，云母含量超過(guò)15%時(shí)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度則呈明顯下降趨勢(shì)。因此，從沖擊強(qiáng)度角度來(lái)說(shuō)，云母含量為15%時(shí)，二階共混法制備的PP／云母復(fù)合材料性?xún)r(jià)比較高。

圖3 云母含量對(duì)PP／云母復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of mica contents on impact strength of PP／mica composites

2.4 云母含量對(duì)復(fù)合材料熱變形溫度的影響

從圖4可以看出，隨著云母含量的增加，2種改性方法制備的復(fù)合材料的熱變形溫度變化趨勢(shì)一致，都隨云母含量增加而增大，且增大的幅度都隨云母含量增加而逐漸減小。當(dāng)云母含量為15%時(shí)，熔融共混法和二階共混法制備的復(fù)合材料的熱變形溫度相對(duì)純PP分別升高了22℃和24℃；云母含量為30%時(shí)，分別提高了29℃和30℃。

圖4 云母含量對(duì)PP／云母復(fù)合材料熱變形溫度的影響Fig.4 Effect of mica contents on heat distortion temperature of PP／mica composites

2.5 云母含量對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響

從圖5可以看出，隨著云母含量的增加，PP基體的相疇尺寸減小，則復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都應(yīng)該持續(xù)增大；而事實(shí)上，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度呈不明顯的變化趨勢(shì)，這主要是由于無(wú)機(jī)填料和有機(jī)基體間的界面結(jié)合不牢，引入了許多缺陷，從而無(wú)法達(dá)到理論上的改性效果；而復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，這是由于復(fù)合材料在受外力作用時(shí)，云母顆粒誘發(fā)基體產(chǎn)生大量的銀紋，從而消耗外界作用能，使復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高；但隨著云母含量的進(jìn)一步增加，基體中的云母顆粒增多，銀紋發(fā)展沒(méi)有足夠的空間，不能誘發(fā)新的銀紋，從而使基體中的銀紋很容易發(fā)展成為裂紋，使復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度降低。

圖5 PP／云母復(fù)合材料沖擊斷面的SEM照片F(xiàn)ig.5 SEM micrographs for impact fracture surface of PP／mica composites

從圖5還可以看出，云母含量相同時(shí)，熔融共混法制備的復(fù)合材料的沖擊斷面具有更多的片狀云母顆粒，這充分說(shuō)明了二階共混法制備的復(fù)合材料的兩相界面結(jié)合比熔融共混法好，PP基體能更有效地包覆云母顆粒，從而使二階共混法制備的復(fù)合材料的各項(xiàng)性能優(yōu)于熔融共混法制備的復(fù)合材料。

3 結(jié)論

（1）與熔融共混法相比，采用二階共混法制備的PP／云母復(fù)合材料的兩相界面結(jié)合更好，其綜合性能也較佳；

（2）綜合拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、熱性能以及微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，云母含量為15%左右時(shí)，采用二階共混法制備的復(fù)合材料的性?xún)r(jià)比最高；

（3）采用二階共混法制備的復(fù)合材料在非沖擊受力環(huán)境下使用，云母含量甚至可以超過(guò)30%。

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Effect of Blending Processes and Mica Content on Properties of PP／Mica Composites

DONG Jinhu

（School of Materials Science and Engineering，Shanxi University of Technology，Hanzhong 723003，China）

Polypropylene（PP）／mica composites were prepared using melt blending and double－phase blending，separately.Effects of content of mica and blending method on mechanical properties and thermal properties of the composites were studied.The microstructure of the composites was analyzed by SEM.It showed that the interface adhesion of mica and PP matrix and the properties of the composites prepared by double－phase blending were better than those by melt blending.When the content of mica was 15%，the composites prepared by double－phase blending displayed optimal comprehensive properties.

polypropylene；blending；mica；composite；mechanical property；thermal property

TQ325.1＋4

B

1001－9278（2012）02－0074－04

2011－10－28

聯(lián)系人，dongjinhu＠126.com

（本文編輯：李瑩）