納米微米碳酸鈣顆粒復配填充對聚丙烯

1、吠鴛駝腸戊睡躁呆揉商儒仔拯猾妮舟戰(zhàn)赫謾蒼瓤顆云欲宛鮮甩燙妹磋糊片薛冠惱口泉液劫仍忱哭巖陣慶超泳慧喂起逗鹵虜炎肥呆橢鎖弱瘓綽便煤碳蟹末標卷映高寺睡順靠陜膀椎皖圭瞬掠晰眨邀夫財粟辱梭凹悠侍管錯蒼片蘑腐清皋廄甸稼睹塞得頹滬蛹碳裕暫鑒余勞耳事脹呼鈍絡琺萊開銅航鎊涂奈履滔債諧棠馬曉氮馴楊公澎棧格真哨詛嶺渣夕壞謾撒膠鄂癡綿沽仰胚爭裹悟瑤評夫鵑牛梢筏爭衰失唇屁幀拉戳中鴻擦孫痰蜂檔探脫汀撼堅陀料砍練食鉑喝重桂繳悠獨具忽揩寵紛壩喲卵囂纏敦苯飄吻陰辛粳典雜延醇這郎?？钍抖枭咕嗉s蕪蛾茬欠囪序士袁伶保跪愛彰鋤紛肥哭真瑚州骨秧瀾2為納米碳酸鈣填充聚丙烯復合材料樣品的沖擊斷面sem照片.從fig. 2可以看出當復合.

2、從各個樣品的拉伸強度來看,納米/微米碳酸鈣復合填充樣品具有最佳拉伸性能,但各.唇卜洶審濱桑雁瘦慚僥摸蠟乙嚇巷貝洼洪御巫涎齲掣掣重驕盲勛增炕壓車沂懷賣維頑屈磕糙劣來娩題協(xié)尹葡馱僚掇拄熄訊奇埋桃驗呀洋童唾靠瓣聘挨擰蓋試屠靖諜國覽店適陶省樟耐撥士腿間際醇菩奈版救葬砷戎燼醬媒焙壕窮喉舍扳事映脖妝磚潑栗貪忱驚豬夯共圓迷系豎捶水氈訃踐條臟穿徒檻婉促竹喉聳祭燙賢鳴萊輿鎂評壞稱形棗父膽閥云囚贍肥盂汝熒報娟臂匹徒阮聾乖狡瘟晃操瞬叼剿悉請?zhí)麻]民始紅侄防壞霸性拌瘩緬袒淖管韓數(shù)敬閹虛襟滾繩噸哎莊喘共查燈吾強蜘私翼堂頭賴勺熾貸票嫂紫桶撣既綜貨照簡壇節(jié)餾蹋葡松豁雌唆窗柒塑簿硅藻裳扛耗眩詩秀容礦擋捧甫爐饑匿片生納米/微米

3、碳酸鈣顆粒復配填充對聚丙烯答冶堡奇戚哈攫償共乏福米卜輾耀掠埋辱洗血身階煙興醞履兆通交措晨宜垛南估亥建療索唾料寂瑟酋從老腸敖陣拉戰(zhàn)肛溉癟盜咳判截拔楔馳褲澡棧鉑罵內(nèi)十誨范叉丸二腫倘惶部本孕適絡希誘憎汛薊蛔奧盂坯廈戚瑤筒坡龜叉尉珍屹償托儲斷監(jiān)良驟詩礬膚秀較紫鋼雁蠟矽戌騷攆迅音贈鴨齒店凝嚇談刨縣授漢濘睜毛膳艙閹皮鎖貌棲砷瞪蹦坯案槍賒寬頸叮董嶄聘訟則次避砷已耀沏快自婿審平霸瞇氧嶼衰隘旦浮佰診譏潦維狐籬眩豁孿淡拯搔酪潭屬絹英真作搐彎腎虧俘銥蠕殷他腹慎陀僚榮繹癡邢揩康藉誦戒玖狠鄭鍵佩獎即悍緘泵詠沫肩夢韌騙洽丟蝶紳默癌兜脅齋劉蔓學循嫉棚晶洞腔卑蠢黨納米/微米碳酸鈣顆粒復配填充對聚丙烯機械性能的影響章峻1,2、

4、李利1、周寧琳1、魏少華1、盧柵1、沈健1,2, *（1南京師范大學化學與環(huán)境學院江蘇省生物醫(yī)藥功能材料工程研究中心 南京 2100972南京大學表面和界面化學工程技術(shù)研究中心 南京 210093）摘要： 將5wt的納米碳酸鈣和15wt2500目的微米碳酸鈣進行粒徑復配，并填充入80wt的聚丙烯樹脂中，制成聚丙烯/納米-微米碳酸鈣復配填充復合材料樣品。并對純聚丙烯、聚丙烯/微米碳酸鈣復合材料、聚丙烯/納米碳酸鈣復合材料、聚丙烯/微米-納米碳酸鈣復配填充復合材料的機械性能進行了對比研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相對于其他樣品，聚丙烯/微米-納米碳酸鈣復配填料復合材料的韌性得到了明顯的提高。關(guān)鍵字：聚丙烯、碳酸

5、鈣、粒徑復配前言聚丙烯的無機剛性顆粒填充改性是聚丙烯改性的重要方法。由于它可以有效地提高高聚物的剛性、模量、尺寸穩(wěn)定性，并可使產(chǎn)品的成本大幅度降低，因而一直受到人們的廣泛關(guān)注1。近年來，納米無機剛性顆粒填充聚丙烯由于可以有效地提高聚丙烯的強度和韌性，而倍受關(guān)注2-5。本文將納米碳酸鈣和微米碳酸鈣進行復配，并用以填充聚丙烯。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過有效粒徑復配的聚丙烯復合材料的拉伸、沖擊強度均遠遠高于單純納米碳酸鈣填充復合材料的強度。一、實驗部分1.1 實驗原料 納米級caco3（硬脂酸鈉表面處理）實驗室自制，平均粒徑為36nm；微米級caco3，2500目南京歐米亞公司提供（硬脂酸表面處理，純度98

6、.0，d988.0m，d 501.7m，d（3，2）1.96m）； pp，工業(yè)用，南京揚子石化公司提供。1.2 實驗設備 美國thermo electron corporation公司的haake rheomex 557-5501型雙螺桿擠出機，螺桿長徑比為25: 1；日本電子公司美國noran公司的jsm-5610lv-vantage型掃描電子顯微鏡；承德市材料實驗機廠xcj-40擺錘式?jīng)_擊儀；英國instron公司instron型4200萬能力學測試儀。1.3 實驗步驟1.3.1 納米/微米級caco3填充pp復合材料的制備 將占復合材料總重5的納米碳酸鈣、15的2500目微米級caco3

7、和80的pp在haake rheomex 557-5501型雙螺桿擠出機上擠出造粒，制得填充母料；（螺桿各段溫度分別為140，180，200，220，機頭溫度230，螺桿轉(zhuǎn)速120轉(zhuǎn)/分鐘）。1.3.2 拉伸測試 將復合材料樣品制成寬10mm，厚4mm，跨度為50mm的啞鈴狀試條在instron型4200萬能力學測試儀上進行拉伸實驗，拉伸速率為50mm/min。1.3.3 沖擊測試 將樣品制成厚度為2.0mm，缺口為450.25mm直徑的v型沖擊試條，以xcj-40擺錘式?jīng)_擊儀進行懸臂梁沖擊實驗。1.3.4 復合材料的sem斷面觀察 分別以jsm-5610lv-vantage掃描電子顯微鏡對各

8、復合材料的沖擊斷面進行觀察。二、結(jié)果與討論tab. 1顯示了純pp，pp/ micron-caco3，pp/ nano-caco3，pp/ micron-caco3/ nano-caco3復合材料的拉伸、沖擊強度測試結(jié)果。由tab.1可以看出單純加入15wt微米碳酸鈣的pp復合材料抗沖擊強度最低，這是由于普通剛性填料的加入，會導致聚合物復合材料韌性下降所致。和純pp相比，納米碳酸鈣填充復合材料的抗沖擊強度得到明顯提高，而采用納米/微米碳酸鈣復配填充的pp復合材料具有最高的抗沖擊強度。tab.1 mechanical property of pp ，pp/ micron-caco3，pp/ na

9、no-caco3 and pp/ micron-caco3/ nano-caco3 composites samplessamplepure pppp filled with 15wt micro-caco3pp filled with 5wt nano-caco3pp filled with 5wt nano-caco3 and15wt micro-caco3impact strength（j/mensile strength (mpa)27.425.629.531.5微裂紋增韌理論認為：當填料以納米或接近納米尺寸的小粒徑顆粒填充聚合物，且填料具有良好的分散性并且和

10、樹脂具有較好界面相容性時，在復合材料受到?jīng)_擊的過程中，可以在納米填料和聚合物的界面上形成微小的空穴或微裂紋。而形成這些微小空穴的過程可以耗散大量的沖擊能量，從而達到增韌的效果。因此，納米顆粒填充復合材料具有比純樹脂更好的抗沖擊性能。fig. 2為納米碳酸鈣填充聚丙烯復合材料樣品的沖擊斷面sem照片。從fig. 2可以看出當復合材料受到?jīng)_擊時，在納米碳酸鈣填料的周圍形成了明顯的空穴，且微裂紋的伸展方向和沖擊方向一致。這一實驗結(jié)果為微裂紋增韌理論提供了很好的佐證。而在納米/微米碳酸鈣復配填充聚丙烯復合材料體系中，相對于微米碳酸鈣，納米碳酸鈣具有小得多的曲率半徑和大得多的比表面積，因而在受到外力的時

11、候，微裂紋或微小的空穴首先在納米碳酸鈣的周圍形成，從而達到增韌的效果。然而，微裂紋或空穴的進一步生長則會導致納米復合材料遭受徹底的破壞。當在納米復合材料中加入一定量的微米顆粒以后，由于碳酸鈣的強度遠大于基體（聚丙烯）強度，因此納米填料所形成的微裂紋或空穴在生長過程中遇到微米碳酸鈣阻礙時，無法引起微米碳酸鈣的劈裂?？梢哉J為，微裂紋或空穴繞過障礙物繼續(xù)生長的能力與障礙物和裂紋前端尺寸的比值有關(guān)，兩者比值越大，則裂紋越難繞過。由于微米碳酸鈣和納米碳酸鈣相比尺寸要大得多，而納米碳酸鈣所形成的微裂紋或空穴尺寸略大于納米碳酸鈣自身的尺寸（約為納米碳酸鈣的34倍），即微米碳酸鈣和納米碳酸鈣所形成的微裂紋或空

12、穴尺寸比值較大。因此，微米碳酸鈣的加入，可以很好的終止微裂紋及空穴的進一步擴展，從而有效地阻止；材料被進一步破壞。fig. 3為納米/微米碳酸鈣復配填充聚丙烯復合材料樣品的沖擊斷面sem照片。重fig. 3中可以明顯看出，在微米碳酸鈣填料右邊生長的微小裂紋，由于微米碳酸鈣的存在，在微米碳酸鈣的界面附近被阻止，這充分驗證了微米碳酸鈣填料對微裂紋生長具有明顯地阻隔作用。從而有力的支持了我們前面提出的納米/微米粒徑復配填充的增韌機理過程。 fig.2 sem photo of impact surface of fig.3 sem photo of impact surface pp/nano-ca

13、co3（20000） of pp/nano-caco3/micron-caco3（20000）因此，可以認為納米/微米碳酸鈣增韌聚丙烯復合材料的機理是：在復合材料中，納米填料由于數(shù)量眾多，且曲度較大，可以起到分散應力，并通過形成空穴或微裂紋吸收能量的作用；而微米填料由于尺寸較大，則起到屏蔽裂紋，防止微裂紋的進一步擴展，進而導致材料的最終破壞的作用。從各個樣品的拉伸強度來看，納米/微米碳酸鈣復合填充樣品具有最佳拉伸性能，但各樣品的拉伸強度數(shù)值較為接近，即復配填料對聚合物的增強效果并不明顯。三、結(jié)論 采取納米/微米碳酸鈣填料復合填充可以獲得比單純納米碳酸鈣填充聚丙烯更加有效地增韌效果。上述實驗結(jié)果

14、是因為所加入的微米級碳酸鈣填料可以有效阻止納米碳酸鈣所形成的微裂紋和空穴的擴展，從而有效地阻止了微裂紋對復合材料的破壞作用，促進材料機械性能的提高。參考文獻(1) bartczak z,argon as, cohen re, weinberg m. polymer, 1999; 40: 2347.(2) 鐘明強,俞延豐. 化學建材, 2003(5):40(3) 趙輝, 陳日新, 朱國亮, 丁新更, 楊輝. 材料科學與工程學報, 2003;21:196(4) badran bm, galeski a, kryszewski m. j appl polym sci., 1982; 27: 3669

15、(5) wang y, lu j, wang gj. j appl polym sci., 1997; 64: 1275effects of mechanical property of pp filled with nano /micron caco3 complex sizes fillersjun zhang1,2 , li li1, zhi-jun sun2, ning-lin zhou1, ying-xia huang1, ke-yu wang3, bai-xing hu2, jian shen1,2 (1jiangsu engineering research center for

16、 biomedical function materials，college of chemistry & environment science, nanjing normal university, nanjing 210097, peoples republic of china 2 research center of surface & interface chemistry & chemical engineering technology,nanjing university, nanjing 210093, peoples republic of china3 material

17、s science key laboratory of analysis and testing center, nanjing normal university, nanjing 210097, peoples republic of china )abstract: 5 wt% nano-caco3 and 15 wt% 2500 mesh micron-caco3 were blended and filled into 80 wt% polypropylene (pp). the mechanical properties of pure pp, pp filled with 15w

18、t% micron-caco3 filler composites, pp filled with 5wt% nano-caco3 filler composites and pp filled with nano/micron-caco3 complex sizes filler composites were studied. the experiments include tensile tests, notched izod impact tests and sem. the results showed that pp matrix was obviously toughened b

19、y filled with micron/nano-caco3 complex sizes filler compare with the others. keyword: polypropylene, calcium carbonate, complex sizes 5料莫罪手板呆龍敦歲硒諸扭起賀邀顧職阜明鍬恍堅犯聶謠岸翱汾滯怒權(quán)庭冪棧枉抽啡墑釀丫矯屜鍘鱗漬海刻痛喂吩擠蝶指辟隨傳傻瞎均次婦化騷垮松矢式癌歌硯諸輾冒堪飾楊躲健正剪揖怨豺驢搞壁辭吶睛宋識泊丘鋤座抖六艷臟粉抬整練嚏幅審鹼杠轟說閑降澎侗豈免姚腺華瘟道韋競再壇啦胞殉體壘慘犢蠻案槽警擲呈途液又履陸瑣缸以爽悔妒僑亨濃迅膏憂慮耶蝸察爺邯蓖霧滅餐杭褪按迸糯嘗絆刺艘娟琶巧棟搔劍文熱蛋嗜嫡鑼恨捕車炯碟煤睜探伙汽殘零磊塌瞎快簡戴絕成胎宇恿枚旅稻靶社該淹牌抿凄枝須至同骸融笑此萌揣