低頻振動(dòng)注塑在聚烯烴-無機(jī)納米粒子復(fù)合材料中的應(yīng)用.pdf

1、無機(jī)填料改性塑料是近幾年塑料改性的熱點(diǎn)，但無機(jī)納米粒子改性聚烯烴的研究和開發(fā)還處于初始階段。無機(jī)納米粒子存在比表面積大的特點(diǎn)，分散開來的納米粒子能與聚烯烴形成強(qiáng)的相互作用，實(shí)現(xiàn)納米粒子改性聚烯烴。但正是由于比表面積大，納米粒子易于團(tuán)聚，難于在基體中分散開來，團(tuán)聚體在復(fù)合材料中形成力學(xué)薄弱點(diǎn)使得性能降低，所以必須改善納米粒子在基體中的分散性。 按傳統(tǒng)方式改善納米粒子在基體中的分散性有兩種，一是加入分散劑改善聚烯烴與納米粒子之間耦合

2、力；二是通過設(shè)備改善。分散劑對(duì)填料改性也有其特定的功能性，它不可能替代其他工藝技術(shù)或設(shè)備的功能作用。而機(jī)械設(shè)備通過強(qiáng)烈的剪切作用，對(duì)團(tuán)聚的納米粒子的分散效果較好。 而本研究首次將振動(dòng)注塑裝置應(yīng)用于納米無機(jī)粒子／聚烯烴復(fù)合材料。振動(dòng)裝置不但能很好的控制基體樹脂的高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，且通過振動(dòng)剪切作用將無機(jī)納米粒子均勻分散于聚烯烴樹脂中，使得無機(jī)納米材料改性聚烯烴目的得以實(shí)現(xiàn)。 本課題研究了四個(gè)復(fù)合體系：PP／Nano-C<,

3、a>C0<,3>,HDPE／Nano-C<,a>C0<,3>,PP／Nano-OMMT，HDPE／Nano-OMMT。通過以上四個(gè)復(fù)合體系來研究振動(dòng)注塑在復(fù)合材料改性中的應(yīng)用。結(jié)果表明，振動(dòng)注塑能很好地改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。對(duì)同一體系，將振動(dòng)注塑和常規(guī)注塑進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在壓力振幅達(dá)到最大時(shí)，．振動(dòng)注塑PP／Nano—C<,a>C0<,3>,(100／10)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到17.Mpa，較常規(guī)注塑提高了178[％]，且其拉伸強(qiáng)度提

4、高了17[％]； HDPE／Nano-CaCO<,3>(100／5)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高了36％，拉伸強(qiáng)度提高了41％，HDPE／Nano-CaCO<,3>(100／10)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高了43％，拉伸強(qiáng)度提高了41％；PP／Nano-MMT(100／1)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高了148％，PP／Nano-OMMT(100／1)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高了178％， PP／Nano-OMMT(100／1)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高

5、了17％；210℃時(shí)，HDPE／Nano-OMMT(100／5)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高了143％，拉伸強(qiáng)度提高了44％；240℃時(shí)，HDPE／Nano-OMMT(100／5)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高了40％，拉伸強(qiáng)度提高了34％。對(duì)于以上四個(gè)體系，在相同的振動(dòng)條件下，將無機(jī)納米復(fù)合材料和其純料的力學(xué)性能進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PP／Nano—CaCO<,3>(100／10)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度較純PP的最大提高了10％，拉伸強(qiáng)度降低了少許； H

6、DPE／Nano—CaCO<,3>(100／5)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度較純HDPE的最大提高了 11％，拉伸強(qiáng)度最大提高17％HDPE／Nano—CaCO<,3>(100／10)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度較純HDPE的最大提高了16％，拉伸強(qiáng)度最大提高10％；PP／MMT(100／1) 復(fù)合體系的沖擊強(qiáng)度較純PP的最大提高了9％，PP／OMMT(100／1)復(fù)合體系的沖擊強(qiáng)度較純PP的最大提高了38％，而拉伸強(qiáng)度強(qiáng)度變化不大； HDPE／Nano-

7、OMMT(100／5)復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度較純HDPE的最大提高了22 ％，拉伸強(qiáng)度提高不明顯。 通過SEM觀察脆斷面，我們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過振動(dòng)注塑后的脆斷面中納米碳酸鈣分散較為均勻，基本上都以原生粒子狀態(tài)分散開來，所以力學(xué)性能較好。而常規(guī)注塑中納米碳酸鈣團(tuán)聚較為明顯，這些團(tuán)聚體成為力學(xué)性能的薄弱點(diǎn)。所以納米碳酸鈣在基體中的分散性是決定力學(xué)性能好壞的關(guān)鍵。而蒙脫土在基體中的分散性主要是通過插層結(jié)構(gòu)表征，從SEM結(jié)果可以看出，納米蒙脫土