PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的性能研究

邢向陽 田 耘 曹 華 劉志平

（1.廣州德聯(lián)集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510000；2.漢中職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 漢中 723000；3.東莞銀禧工程塑料有限公司，廣東 東莞 523000）

聚丙烯（PP）是一種工業(yè)產(chǎn)量較大的聚合物，它具有質(zhì)輕、易于加工、化學(xué)穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn)，在電子產(chǎn)品、汽車零件、包裝材料等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。但PP的耐候性和低溫韌性不高，使其在某些方面的應(yīng)用受到了限制。對PP的性能進(jìn)行改進(jìn)一直是一個重要的課題。利用納米粒子對聚合物進(jìn)行改性是聚合物的性能改進(jìn)是制備某些高性能聚合物材料的有效手段[1]。納米粒子由于其粒度很小和比表面積大而具有小尺寸效應(yīng)和量子效應(yīng)等，可對一些聚合物材料的性能有提升作用[2-3]。納米硫酸鋇改性PP材料的性能研究卻鮮見報道。本文研究了納米硫酸鋇含量對PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的力學(xué)性能和結(jié)晶行為的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

PP：Z30S-2，撫順乙烯化工有限公司；納米硫酸鋇：平均粒徑約50nm，上海亮江化工公司。

1.2 主要設(shè)備

雙螺桿擠出機(jī)，SHJ-20B，南京海思擠出設(shè)備有限公司；注塑機(jī)，HTB-80，寧波海天機(jī)械有限公司；沖擊試驗(yàn)機(jī)，XJJ-5，河北承德實(shí)驗(yàn)機(jī)有限公司；電子拉力試驗(yàn)機(jī)：RGD-5，深圳瑞格爾有限公司；DSC熱分析儀，TGA-DSC1，瑞士梅特勒公司。

1.3 樣品制備

將 PP與納米硫酸鋇按重量比 99/1、92/2、93/3、94/4、95/5的比例混合均勻，在雙螺桿擠出機(jī)上熔融共混擠出造粒制得PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料。共混粒料干燥后，在注塑機(jī)上注射成型成標(biāo)準(zhǔn)測試用樣條。

1.4 測試與表征

力學(xué)性能測試：按GB1043-93進(jìn)行沖擊試驗(yàn)；按GB/T1040-90進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；按GB/T9341-88進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。DSC測試：先快速升溫至200℃，再恒溫5min以消除熱歷史，再在10℃/min的降溫速率下紀(jì)錄DSC曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合材料的力學(xué)性能

PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度受納米硫酸鋇的含量的影響如圖1所示。由圖1的結(jié)果可知，當(dāng)納米硫酸鋇的含量增大時，PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度先是增大，而后有所減小。這主要是因?yàn)榧{米硫酸鋇是一種強(qiáng)度較高的無機(jī)填料，在復(fù)合材料中可以起到承載的作用，從而在復(fù)合材料中產(chǎn)生一定的增強(qiáng)作用。但當(dāng)納米硫酸鋇的含量過高（超過4%）時，因納米硫酸鋇在復(fù)合體系中的團(tuán)聚現(xiàn)象變多，致使其與PP基體界面的缺陷變多而使復(fù)合材料變得容易斷裂，因此復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度在納米硫酸鋇的含量過高時有所減小。

PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度納米硫酸鋇的含量的影響如圖2所示。由圖2的結(jié)果可知，當(dāng)復(fù)合材料中納米硫酸鋇的含量增大時，PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度增大，而后有所減小。這主要是因?yàn)榧{米硫酸鋇的強(qiáng)度較高，在復(fù)合材料受剪切力作用時也可以阻礙微裂紋的擴(kuò)展，從而使復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度增加。但當(dāng)納米硫酸鋇用量超過3%時，納米硫酸鋇粒子之間的間距變小而出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，使得裂紋易于合并而擴(kuò)大擴(kuò)展，從而使復(fù)合材料體系的沖擊強(qiáng)度又有所減小。

PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度納米硫酸鋇的含量的影響如圖3所示。由圖3的結(jié)果可知，當(dāng)復(fù)合材料中納米硫酸鋇的含量增大時，PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度基本上呈逐漸增大的趨勢。這主要是因?yàn)榧{米硫酸鋇作為一種無機(jī)填料具有較好的剛度，添加到PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料體系中能提高復(fù)合材料的剛硬度的緣故。

綜上所述，PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料中納米硫酸鋇的含量為3%～4%時，復(fù)合材料具有較好的綜合力學(xué)性能。

2.2 復(fù)合材料的結(jié)晶行為

PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的結(jié)晶特性通過DSC曲線來進(jìn)行研究，圖4為純PP和PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料在10℃/min的降溫速率下測試的DSC結(jié)晶曲線。從DSC圖中得到的PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的結(jié)晶溫度(Tc)、熔融熱焓(ΔHm)和結(jié)晶度（Xc)列于表1中。使用的完全結(jié)晶PP熱焓為已報道的209J/g[4]。由圖4中的DSC降溫曲線和表1中的數(shù)據(jù)可知，納米硫酸鋇的提高了復(fù)合材料的結(jié)晶溫度Tc和結(jié)晶度。這說明納米硫酸鋇在復(fù)合體系中對PP有異相成核作用，有利于PP分子鏈的規(guī)整排列而結(jié)晶，從而使得PP的結(jié)晶度變大。

表1 純PP和PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的結(jié)晶參數(shù)

3 結(jié)論

通過熔融共混法制備了不同納米硫酸鋇含量的PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料。納米硫酸鋇的加入在一定程度上提高了PP/納米硫酸鋇復(fù)合材料的力學(xué)性能，且納米硫酸鋇加入對PP的結(jié)晶有促進(jìn)作用。

［1］巫曉鑫,李國林,吳水珠,等.納米MgO與磷酸酯協(xié)效阻燃聚對苯二甲酸丁二醇酯的研究[J].塑料工業(yè),2011,39(9)：93-96.

［2］徐國永,王平華.納米技術(shù)增韌改性聚氯乙烯的研究進(jìn)展[J].塑料科技,2004(10)：48-52.

［3］朱友良,裴建云.無機(jī)納米粒子填充改性聚四氟乙烯復(fù)合材料的研究[J].塑料工業(yè),2005(5)：8-11.

［4］Arroyom M,Lopez-Manchadom A.Crystallization kinetics of polypropylene：II Effectof the addition of shortglass fibres[J].Polymer,1997,38：5587-5593.