管東波，黃加明，翟曉杰，李金良

(吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，教育部汽車材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130025)

1 引 言

與其它制品相比，塑料制品因其價(jià)格低、制造工藝簡單，受到越來越廣泛的關(guān)注。聚丙烯(PP)是應(yīng)用較為廣泛的熱塑性合成樹脂之一,與其它塑料相比,其綜合性能較好，其制品無毒無味，光澤性好且耐化學(xué)藥品性能穩(wěn)定，廣泛用于汽車及日用品等領(lǐng)域[1]。另外，因其具有一定的可塑性，聚丙烯制品正逐步替代木制產(chǎn)品，其高強(qiáng)度韌性和高耐磨性能還可部分替代金屬。一般聚丙烯的熔融溫度介于164℃～170℃之間，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，聚丙烯具有良好的流動(dòng)性。但聚丙烯成型時(shí)收縮率較大，沖擊強(qiáng)度較低，大大限制了其推廣和應(yīng)用[2]。

為了改善聚丙烯的加工及使用性能，一般采用共混、填充等方法對其進(jìn)行改性。常見的共混方法是采用無機(jī)粒子[3]、橡膠彈性體[4]、有機(jī)高分子[5]對其進(jìn)行增韌改性，這已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。其中，無機(jī)粒子與聚丙烯共混改性復(fù)合材料由于具有良好的增強(qiáng)、增韌效果，并能提高聚合物基體耐熱性，近年來被廣泛研究和應(yīng)用。

無機(jī)剛性粒子對聚合物的增韌原理是通過剛性粒子促使聚合物基體產(chǎn)生塑性形變和屈服以消耗、吸收外界的能量，由此提高復(fù)合材料的韌性。因此，要求聚合物基體具有一定的形變能力。PP為半結(jié)晶聚合物，其韌性較差，會(huì)影響無機(jī)剛性粒子的增韌效果[6]。金屬鋁粉具有較好的光學(xué)性能、力學(xué)性能以及良好的耐熱性，廣泛用于塑料、涂料、耐火材料及印刷等行業(yè)[7]，因此可在共混體系中加入少量的鋁金屬粉末對其進(jìn)行改性。

本文通過添加一定比例的金屬鋁粉和多孔粉末對PP進(jìn)行共混改性，以期提高其綜合性能。對不同無機(jī)多孔粉末添加比例的復(fù)合材料性能進(jìn)行研究，找出性能最為優(yōu)異的配比。

2 試驗(yàn)部分

2.1 主要原料

PP，T30S，中國石油大慶石油化工總廠生產(chǎn)；鋁金屬粉末，深圳絢琳金屬色料有限公司；ShinelinTM環(huán)保新型功能助劑，型號：990多功能助劑，深圳絢琳金屬色料有限公司。

2.2 復(fù)合材料的制備

向100g聚丙烯(PP)材料中添加相當(dāng)于PP質(zhì)量2%的鋁金屬粉末，然后加入相當(dāng)于PP質(zhì)量的0%，1%，3%，5%，7%，9%的無機(jī)多孔粉末，用玻璃棒攪拌均勻后將其倒入一定溫度的密煉機(jī)中，在一定的轉(zhuǎn)數(shù)下攪拌10min后取出復(fù)合材料，然后采用熱壓法制板進(jìn)行測試。

2.3 性能測試

拉伸性能測試：采用長春市智能儀器設(shè)備有限公司W(wǎng)SM-5kN計(jì)算機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試。

沖擊性能測試：采用長春市智能儀器設(shè)備有限公司JJ-20B型擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，無缺口試樣，符合GB/T 1843-2008要求。

球壓痕硬度測試：采用長春市圣族檢測儀器開發(fā)有限公司的QYS-96塑料球壓痕硬度計(jì)測試。

熱失重分析(TGA)：采用北京恒久科學(xué)儀器廠的T15-218型微機(jī)熱天平，在N2氣氛環(huán)境下測試。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度

圖1是復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度圖。由圖可見，隨著多孔粉體添加量增大，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。當(dāng)多孔粉體的含量為3wt%時(shí)，拉伸強(qiáng)度降至最低；當(dāng)多孔粉體的含量為9wt%時(shí)，拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大值。這可能是由于多孔粉體添加較少時(shí)，低比例的多孔粉體受力面積較小，在一定的外力作用下，基體樹脂很容易會(huì)在粉體表面分開，因而復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度一般都會(huì)低于基體樹脂[8]。高比例的粉體受力面積變大，使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度得以提高。本試驗(yàn)中，當(dāng)多孔粉體含量為9wt%時(shí)，拉伸強(qiáng)度達(dá)到較大值。

圖1 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度

3.2 復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度

圖2為復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度圖，從圖中可以看出，隨著多孔粉體含量的增大，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度呈逐漸上升的趨勢。當(dāng)多孔粉體的含量為9wt%時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值，這可能是隨著多孔粉末含量的增加，復(fù)合材料能起到應(yīng)力集中點(diǎn)的顆粒隨之增加，體系的強(qiáng)度得到提高。當(dāng)多孔粉末的含量為9wt%，沖擊強(qiáng)度最大。

圖2 復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度

3.3 復(fù)合材料的硬度

圖3是復(fù)合材料的球壓痕硬度圖，從圖中可以看出，隨著多孔粉體含量的增加，復(fù)合材料表面的硬度值呈逐漸增大的趨勢。當(dāng)多孔粉體的含量為9wt%時(shí)，硬度值達(dá)到最大值。這是由于隨著粉體含量的增加，無機(jī)粉體自身的硬度有助于提高復(fù)合材料的整體表面硬度。

圖3 復(fù)合材料的球壓痕硬度

3.4 復(fù)合材料的耐熱性

為了研究復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，本試驗(yàn)研究了不同含量多孔粉末的復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，如圖4所示。當(dāng)多孔粉末的含量為7wt%時(shí)，最大失重速率的對應(yīng)溫度最大，這可能是由于多孔粉末的加入，提高了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，使耐熱性能更加優(yōu)良。

圖4 復(fù)合材料的DTG曲線

4 結(jié) 論

(1)隨著體系內(nèi)多孔粉末含量的增多，拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。當(dāng)多孔粉末含量為9wt%時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度最大，最大值為21.14MPa。

(2)隨著體系內(nèi)多孔粉末含量的增多，沖擊強(qiáng)度逐漸增大。當(dāng)多孔粉末含量為9wt%時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大，最大值為1.62MPa。

(3)隨著體系內(nèi)多孔粉末含量的增多，球壓痕硬度逐漸增大。當(dāng)多孔粉末含量為9wt%時(shí)，復(fù)合材料的硬度達(dá)到最大值，最大值為61.0N/mm2。

(4)隨著體系內(nèi)多孔粉末含量的增多，熱穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。當(dāng)多孔粉末的含量為7%時(shí)，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性最好，但多孔粉末含量為9%時(shí)，復(fù)合材料的綜合性能較為優(yōu)異。