改性超細(xì)硅灰石材料在聚丙烯塑料中的應(yīng)用研究

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摘要：用各種改性劑對(duì)超細(xì)硅灰石粉體進(jìn)行改性，通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)與聚丙烯進(jìn)行混合改

性造粒，在掃描電鏡中觀(guān)察了硅灰石與塑料的結(jié)合情況，對(duì)注塑試樣測(cè)試并分析了相關(guān)性

能，同時(shí)與滑石等其他無(wú)機(jī)粉體改性PP材料進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明：硅灰石改性PP具有

更好的力學(xué)性能和耐刮擦性能。

????硅灰石是上世紀(jì)50年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)利用的一種新型無(wú)機(jī)粉體材料，成份是一種鈣的偏硅酸鹽類(lèi)礦物，化學(xué)組成為CaS103，理論化學(xué)成份Ca0??48.3%，Si0251.7%，具有纖維狀（針狀）結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的化學(xué)性能、低的吸水率、吸油值和無(wú)Du無(wú)嗅等性質(zhì)。

硅灰石在添加到高聚物中后，可以明Xian地改善材料的尺寸穩(wěn)定性，防止熱塌陷，提高材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、熱變形溫度和蠕變性能，減少材料的收縮率和翹曲變形，但會(huì)影響材料的沖擊強(qiáng)度。通過(guò)利用各種改性劑對(duì)超細(xì)硅灰石粉體進(jìn)行改性，與聚丙烯樹(shù)脂共混造粒后，在掃描電鏡中觀(guān)察硅灰石與塑料的結(jié)合情況，研究分析了材料的耐刮擦性能、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量及斷裂伸長(zhǎng)率等內(nèi)容，得到了性能優(yōu)異的改性聚丙烯材料，可以廣泛應(yīng)用在汽車(chē)、電子、建筑等領(lǐng)域。

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1.2主要設(shè)備和儀器

????實(shí)驗(yàn)室用高速捏合機(jī)，GH-?10型，江蘇張家港；由35平行同向雙螺桿擠出機(jī)，南京瑞亞：WKIOO注塑機(jī)，山西汾西；**試驗(yàn)機(jī)，河北承德：沖擊試驗(yàn)機(jī)，河北承德；二次元相儀，美國(guó)產(chǎn)：CM-?2500C光度計(jì)，柯尼卡美能達(dá)；430P-L劃格儀，Erich?sem公司：掃描電鏡，日本JEOL公司。

1.3粉體改性及改性試樣的制備

1.3.1硅灰石粉體的改性

????硅灰石和硅灰石粉體具有親水疏油性，與PP材料的相容性差，通過(guò)對(duì)它進(jìn)行表面改性，從而改善它在聚合物體系中的分散性，進(jìn)而達(dá)到相關(guān)的使用性能。對(duì)于粉體改性主要有干法和濕法兩種，我們采取通過(guò)在高速捏合機(jī)進(jìn)行表面改性的干法工藝。偶聯(lián)劑選用硬脂酸，改性溫度90℃～100℃，用量為1%，改性時(shí)間l5分鐘。

1.3.2樣品的制備

????首先在高速捏合機(jī)中將改性好的粉體材料與PP材料進(jìn)行混合，然后通過(guò)雙螺桿擠出造粒，再經(jīng)過(guò)注射成型，制成相應(yīng)的測(cè)試樣件。

1.4分析及測(cè)試方法

1.4.1?SEM分析

????通過(guò)對(duì)各種改性硅灰石增強(qiáng)PP材料拉伸斷裂處進(jìn)行掃描電鏡觀(guān)察，確定硅灰石在PP中的分散及結(jié)合性。

1.4.2物理性能測(cè)試方法：

????簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度和懸臂梁沖擊強(qiáng)度分別依據(jù)GB/?T1043.1。2008、GB/?Tl843-?2008并均為l型試樣，

A型缺口：??彎曲試驗(yàn)依據(jù)GB/?T9341。2008:拉伸試驗(yàn)依據(jù)GB/?T1040.2·2006并采用lA型試

樣，拉伸速度為Smm/min:?HDT依據(jù)GB/?T1634.1·2004并采用A法側(cè)立1.?8MPa負(fù)荷。

1.4.3耐刮擦性能測(cè)試方法：

????目前，對(duì)于耐刮擦性能測(cè)試并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在主要存在美國(guó)通用公司、歐盟和日本的三種方法，我們分別按照通用公司和德國(guó)大眾的兩種方法進(jìn)行了測(cè)試分析。

????德國(guó)大眾測(cè)試方法：配方PP+30%填料，注塑成Φ100*3mm的圓片，在實(shí)驗(yàn)室用劃格儀分別劃出垂直相交的10條線(xiàn)，然后用光度計(jì)測(cè)試△L，△E值，通過(guò)上述兩值確定耐刮擦性能。

????通用公司測(cè)試方法：配方PP+20%填料，注塑成100*100*3mm的平板件，在實(shí)驗(yàn)室用10N力劃5條直線(xiàn)，然后再通過(guò)二次原相儀測(cè)試出劃傷的寬度，確定耐刮擦性能。

2結(jié)果與討論

2.1改性偶聯(lián)劑的選擇

????目前，常用對(duì)無(wú)機(jī)粉體進(jìn)行改性的材料主要有偶聯(lián)劑（Gui烷、鈦酸酯、鋁酸酯、復(fù)合偶聯(lián)劑等）和表面活性劑（硬脂酸、聚乙烯醇等）。我們選擇了烷基Gui烷(A)、鈦酸酯(B)、鋁酸酯(C)復(fù)合偶聯(lián)劑(D)及硬脂酸(E)對(duì)超細(xì)硅灰石粉體進(jìn)行改性，然后按30%的量加入到PP材料中，通過(guò)造粒、注塑和測(cè)試等環(huán)節(jié)后，得到各改性劑改性PP的沖擊強(qiáng)度和彎曲模量的比較圖。

從中可以看出：由于Gui烷比較硬，故它的剛性（彎曲模量）要好，而韌性（沖擊強(qiáng)度）要差一些，對(duì)于硬脂酸則相反。鈦酸酯和鋁酸酯的性能比較接近，而自制的復(fù)合偶聯(lián)劑則由于綜合優(yōu)化了材料的剛性和韌性，為**改性劑。

2.2硅灰石改性PP材料的SEM分析PP材料的掃描電鏡圖片，從圖片中也可以看出：Gui烷改性材料中硅灰石和PP樹(shù)脂的結(jié)合較好，鈦酸酯及硬脂酸的結(jié)合不好，而且有較多的空洞，復(fù)合偶聯(lián)劑的分散及相容效Guo明顯。這與2.1中的結(jié)果也相吻合。

2.3耐刮擦性能分析

聚烯烴材料的耐刮擦性能明Xian較差，而這一性能卻是儀表板、Cao控臺(tái)和門(mén)板表皮等汽車(chē)內(nèi)部應(yīng)用部件的關(guān)鍵性能。同時(shí)，抗刮擦性是汽車(chē)外部應(yīng)用部件、ATVs（全地形車(chē)輛）等車(chē)輛、耐用品和家具等的重要性能之一。塑料和汽車(chē)工業(yè)正積極尋找解決方案以提高高分子材料的耐刮擦性能。由于硅灰石礦纖材料的奠氏硬度達(dá)到4.5，是所有無(wú)機(jī)粉體材料中**的，因此通過(guò)添加硅灰石礦纖材料到聚烯烴材料中以提高材料的抗刮擦性能。

2.3.1德國(guó)大眾標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試分析

表l為分別選用不同的材料對(duì)PP進(jìn)行改性后耐刮擦性能的比較，此項(xiàng)測(cè)試首先要觀(guān)察劃格后樣品的表面外觀(guān)，其次要對(duì)比樣品的AL、AE值，兩個(gè)值越小越好，從結(jié)果中可以看出：玻纖樣品經(jīng)劃格后，肉眼即可看出劃痕的表面毛糙，用手摸上去有扎手的感覺(jué)，Xiao果Fei常差，而對(duì)比硅灰石和滑石，硅灰石的耐刮擦性能要好于滑石材料。

2.3.2美國(guó)通用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試分析

????通過(guò)二次元相儀測(cè)量，20%硅灰石的刮擦寬度為0.?3656mm，麗20%滑石改性PP材料的刮擦寬度為0.?3945mm，硅灰石要好于滑石，同時(shí)，從圖片上劃痕的清晰程度來(lái)看，硅灰石填充PP也比滑石粉填充PP的劃痕要模糊一些。

2.4各種無(wú)機(jī)粉體增強(qiáng)PP力學(xué)性能比較分別在PP中添加30%的硅灰石、滑石和碳酸鈣，測(cè)試性能后得到。

????從上表可以看出：在相同添加量的情況下，三種粉體改性PP材料的拉伸強(qiáng)度與純PP材料變化不大，表明三種粉體的粒徑和混合分散效Guo均較好；硅灰石改性PP材料在沖擊強(qiáng)度方面比碳酸鈣改性PP材料和純PP略差，而優(yōu)于滑石粉，說(shuō)明碳酸鈣的球狀結(jié)構(gòu)與PP樹(shù)脂的界面結(jié)合要好于針狀結(jié)構(gòu)的硅灰石和片狀結(jié)構(gòu)的滑石；在其它方面，硅灰石改性材料的性能優(yōu)于另外兩種材料，特別是在斷裂伸長(zhǎng)率方面，具有明Xian優(yōu)勢(shì)，是由于硅灰石的硬度和纖維狀結(jié)構(gòu)起到了主要作用。

3結(jié)論

(1)改性硅灰石礦纖材料的**改性劑為自制的復(fù)合偶聯(lián)劑。

(?2)改性硅灰石可以很好改善PP材料的力學(xué)性能，提高耐刮擦性能、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量，可以廣泛地應(yīng)用在汽車(chē)、電子、建筑等領(lǐng)域，達(dá)到提高性能、降Di成本的功效。

(3)硅灰石粉體在增強(qiáng)PP中比滑石粉和碳酸鈣具有更好的力學(xué)性能，特別是斷裂伸長(zhǎng)率的優(yōu)勢(shì)明Xian。