共混方法及云母含量對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）

共混方法及云母含量對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，二階共混法制備的復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱性能達到最佳。

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會形成較大尺寸的球晶，而且成型過程中結(jié)晶不充分還會出現(xiàn)后結(jié)晶問題，從而使PP具有脆性特征［1－2］。因此，對PP的改性主要圍繞結(jié)晶展開。同時，為了改善PP的耐熱性和剛性，降低PP的成本，工程應(yīng)用中通常會對PP進行無機填料的填充改性［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，探討了云母含量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，并從微觀結(jié)構(gòu)進行了分析和探討［5］。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PP，粉料，KL0058－2002，中國克拉瑪依石化公司；

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；

無水乙醇，化學(xué)純，西安三浦精細化工廠；

二甲苯，化學(xué)純，天津市富宇精細化工有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

注塑機，SZ－100－40A，成都注塑機械廠；

計算機控制拉力試驗機，LDS－20KN，長春市智能儀器設(shè)備有限公司；

機械式?jīng)_擊試驗機，JJ－22，長春市智能儀器設(shè)備有限公司；

熱機械檢測儀，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）的硅烷偶聯(lián)劑，按照硅烷偶聯(lián)劑／無水乙醇／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試樣條，靜置3d后進行性能檢測；

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試樣條，靜置3d后進行性能檢測。

表1 實驗配方表Tab.1 Experimental formula

1.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征

拉伸性能按GB／T 1040.2—2006進行測試，試樣為啞鈴形，拉伸速度為50mm／min；

沖擊強度按GB／T 1843—1993進行測試，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 云母含量對復(fù)合材料拉伸強度的影響

從圖1可以看出，云母含量從10%增加到30%時，復(fù)合材料的拉伸強度變化幅度較小。熔融共混法制備的復(fù)合材料的拉伸強度略呈降低趨勢，而二階共混法制備的復(fù)合材料的拉伸強度略有提高。故而，就拉伸強度而言，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)用價值。

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

2.2 云母含量對復(fù)合材料斷裂伸長率的影響

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

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

2.3 云母含量對復(fù)合材料沖擊強度的影響

從圖3可以看出，云母含量為10%時，相對于純PP而言，熔融共混法和二階共混法制備的復(fù)合材料的沖擊強度分別提高了21%和24%。當(dāng)云母含量超過10%時，熔融共混法制備的復(fù)合材料的沖擊強度呈明顯下降趨勢；云母含量為15%時，二階共混法制備的復(fù)合材料的沖擊強度與云母含量為10%時相當(dāng)，云母含量超過15%時復(fù)合材料的沖擊強度則呈明顯下降趨勢。因此，從沖擊強度角度來說，云母含量為15%時，二階共混法制備的PP／云母復(fù)合材料性價比較高。

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

2.4 云母含量對復(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，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純PP分別升高了22℃和24℃；云母含量為30%時，分別提高了29℃和30℃。

圖4 云母含量對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)合材料的拉伸強度和沖擊強度都應(yīng)該持續(xù)增大；而事實上，復(fù)合材料的拉伸強度呈不明顯的變化趨勢，這主要是由于無機填料和有機基體間的界面結(jié)合不牢，引入了許多缺陷，從而無法達到理論上的改性效果；而復(fù)合材料的沖擊強度呈先增大后減小的變化趨勢，這是由于復(fù)合材料在受外力作用時，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)合材料的沖擊強度提高；但隨著云母含量的進一步增加，基體中的云母顆粒增多，銀紋發(fā)展沒有足夠的空間，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，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）綜合拉伸強度、沖擊強度、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，采用二階共混法制備的復(fù)合材料的性價比最高；

（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30%。

［1］ 胡慶云，笪文忠，梅 利.α成核劑和β成核劑對高流動性聚丙烯結(jié)晶行為的影響［J］.塑料科技，2010，（9）：73－76.Hu Qingyun，Da Wenzhong，Mei Li.Influence ofαandβ Nucleating Agents on Crystallization Behavior of Highfluidity Polypropylene［J］.Plastics Science and Technology，2010，（9）：73－76.

［2］ 鄒 燕，紀(jì)彬彬，溫變英.滑石粉、碳酸鈣填充聚丙烯復(fù)合材料等溫結(jié)晶行為的研究［J］.中國塑料，2010，24（2）：26－29.

Zou Yan，Ji Binbin，Wen Bianying.Study on the Isothermal Crystallization Behavior of PP［J］.China Plastics，2010，24（2）：26－29.

［3］ 張淑娟，張 坦，鄒曉軒，等.iPP／sPP／云母三元共混物的制備與性能［J］.高分子材料科學(xué)與工程，2010，（8）：94－97.

Zhang Shujuan，Zhang Tan，Zou Xiaoxuan.Structure and Mechanical Properties of iPP／sPP／Mica Blends［J］.Polymer Materials Science ＆Engineering，2010，（8）：94－97.

［4］ 馬玉玲，王 欣，王 玨，等.增韌聚丙烯導(dǎo)電納米復(fù)合材料研究［J］.塑料，2010，（5）：7－9.

Ma Yuling，Wang Xin，Wang Jue，et al.Toughening of Electrically Conductive Polypropylene Nano－composite［J］.Plastics，2010，（5）：7－9.

［5］ 高長云，辛振祥.納米碳酸鈣改性聚丙烯力學(xué)性能及微觀形態(tài)的研究［J］.塑料工業(yè)，2010，（11）：28－30.

Gao Changyun，Xin Zhenxiang.Study on Mechanical Properties and Micro－morphology of PP／Nano－CaCO3Composites［J］.China Plastics Industry，2010，（11）：28－30.

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）