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白云母、硅灰石及POE增强增韧PP复合材料性能的研究

2020-11-30阅读(606)

白云母、硅灰石及POE增强增韧PP复合材料性能的研究

论文摘要

聚丙烯（PP）是一种综合性能优良、用途广泛的通用塑料,PP作为通用塑料高性能化的首选材料,日益引起各研究领域和工业部门的重视。通过合理的增韧增强改性,普通的PP在很多场合完全可以代替工程塑料。采用白云母、硅灰石、马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）、聚烯烃弹性体（POE）对PP进行增强、增韧改性研究。通过对硅灰石、白云母的表面改性来改善矿物微粉的表面性能,提高与聚丙烯的粘结能力,确定了合适的改性药剂、用量及改性工艺。以矿物微粉为增强剂,以POE为增韧剂,以PP-g-MAH为增容剂采用熔融共混工艺制备了PP/硅灰石/白云母/POE复合材料,通过正交及单因素试验验证了PP/硅灰石/白云母/POE复合材料的最佳配方,并对其力学性能、流动性及热学性能进行研究,发现复合材料的拉伸强度达到30.16MPa,较纯PP上升了21.27%,弯曲强度达到31.13MPa,上升了64.97%,弯曲模量为1220.11MPa,较纯PP提高了64.97%,洛氏硬度为18.76,上升了22.61%,维卡软化温度为91.7℃,较纯PP上升了24.93%。复合材料缺口冲击强度基本保持不变,然而复合材料的断裂伸长率大幅下降。采用SEM对复合材料冲击断面微观形貌进行观察,发现白云母、硅灰石的加入使复合材料的冲击断面为韧性断裂,粒度较大的白云母易在基体内呈层状分布,长径比优良的硅灰石在断面处的取向整齐,易于提高基体的强度,POE以球状颗粒分布在基体中,与基体黏结良好,有利于提高复合材料的冲击强度,同时POE并不能改善硅灰石及云母与PP基体的相容性。通过DSC非等温结晶数据的研究,发现复合材料的结晶度有不同程度的提高,纯PP的结晶度为33%,复合材料的结晶度上升到36.273%～40.40%,无机粒子在复合材料熔融冷却过程中有明显的结晶诱导作用,为材料性能的提高提供了理论依据。DSC非等温升温曲线研究表明:复合材料的熔融温度有所提高,从而提高了材料的耐热性。初步探讨了该试验复合体系的增韧机理,发现复合材料的强度及韧性的提高从目前看不是云母、硅灰石或者POE某一单因素所起的作用,而是其三者协同作用的结果。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 引言
  • 1.1 聚合物及其复合材料
  • 1.2 聚合物材料性能特点
  • 1.3 聚丙烯（PP）增强增韧改性的研究现状
  • 1.3.1 PP材料化学改性的研究现状
  • 1.3.2 PP材料物理改性研究现状
  • 1.4 存在的问题
  • 1.5 课题研究的意义
  • 第2章 试验原料、设备和仪器
  • 2.1 试验原料
  • 2.1.1 白云母微粉
  • 2.1.2 硅灰石微粉
  • 2.1.3 偶联剂
  • 2.1.4 聚丙烯（PP）
  • 2.1.5 聚烯烃弹性体（POE）
  • 2.1.6 PP马来酸酐接枝物（PP-g-MAH）
  • 2.1.7 助剂
  • 2.2 主要试验设备与仪器
  • 2.2.1 微粉制备设备
  • 2.2.2 粉体改性与塑料改性试验设备
  • 2.2.3 测试仪器
  • 第3章 试验与测试方法
  • 3.1 矿物微粉表面改性
  • 3.1.1 表面改性的预评价方法
  • 3.1.2 硬脂酸改性微粉工艺
  • 3.1.3 钛酸酯改性矿物微粉工艺
  • 3.1.4 硅烷改性矿物微粉工艺
  • 3.2 复合材料的制备
  • 3.3 复合材料的性能测试与表征方法
  • 3.3.1 复合材料的性能测试
  • 3.3.2 复合材料的表征
  • 第4章 试验结果与讨论
  • 4.1 硅灰石改性效果评价
  • 4.1.1 高速搅拌机改性
  • 4.1.2 气流粉碎机改性
  • 4.1.3 硬脂酸改性方式的选择
  • 4.2 硅烷改性硅灰石试验
  • 4.2.1 硅烷用量单因素试验
  • 4.2.2 硅烷改性时间单因素试验
  • 4.3 钛酸酯改性硅灰石试验
  • 4.3.1 钛酸酯用量单因素试验
  • 4.3.2 钛酸酯用量对PP/硅灰石复合材料性能的影响
  • 4.4 硅灰石改性偶联剂的选择
  • 4.4.1 性能测试
  • 4.4.2 偶联剂种类对PP/硅灰石复合材料性能的影响
  • 4.5 白云母粉改性效果评价
  • 4.5.1 硬脂酸对白云母的改性
  • 4.5.2 硅烷偶联剂对白云母的改性
  • 4.5.3 钛酸酯改性云母
  • 4.5.4 云母改性的偶联剂的选择
  • 4.5.5 偶联剂对云母性能的影响
  • 4.6 各种因素对复合材料性能的影响
  • 4.6.1 正交试验
  • 4.6.2 云母硅灰石用量单因素试验
  • 4.6.3 云母的粒度对复合材料性能的影响
  • 4.6.4 硅灰石粒度对复合材料性能的影响
  • 4.6.5 POE含量对复合材料性能影响
  • 第5章 复合材料的微观形态结构
  • 5.1 云母/硅灰石含量对复合材料微观形貌影响
  • 5.2 云母粒度对复合材料断面微观形貌影响
  • 5.3 硅灰石对复合材料微观形貌影响
  • 5.4 POE用量对复合材料微观形貌影响
  • 第6章 复合材料结晶及熔融行为分析
  • 6.1 复合材料的结晶行为
  • 6.1.1 矿物微粉填量对聚丙烯非等温结晶行为的影响
  • 6.1.2 云母的粒度对PP非等温结晶行为的影响
  • 6.1.3 硅灰石粒度对PP非等温结晶行为的影响
  • 6.1.4 POE用量对PP非等温结晶行为的影响
  • 6.2 复合材料的熔融行为
  • 第7章 复合材料增韧机理探讨
  • 7.1 无机粒子增韧增强机理
  • 7.2 弹性体增韧机理
  • 7.2.1 多重银纹理论
  • 7.2.2 剪切屈服理论
  • 7.2.3 剪切屈服一银纹化理论
  • 7.2.4 空洞化理论
  • 7.3 白云母、硅灰石、POE增强增韧PP复合材料机理初探
  • 第8章 总结
  • 参考文献
  • 致谢
  • 硕士研究生期间发表的论文及参研项目

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