CaCO-,3--β-PP納米復(fù)合材料的制備及其結(jié)晶行為研究.pdf

1、聚丙烯(PP)以其良好的物理、化學(xué)、力學(xué)性能、無毒、相對密度低、耐化學(xué)藥品以及價廉、易加工成型的優(yōu)良特性，是合成樹脂中增長速度最快、新產(chǎn)品開發(fā)最為活躍的品種之一。但作為通用塑料，它也存在一些缺陷，如沖擊性能低，熱形變溫度不高，材料的拉伸強度、耐熱性等抵抗外力作用的能力差、透明性有待于改進(jìn)等，很大程度上限制了PP材料的應(yīng)用范圍。多年來PP高性能化研究一直是熱門課題。在PP中添加成核劑是PP高性能化的一種簡單而有效的方法。成核劑加入，使PP

2、結(jié)晶加快，晶粒結(jié)構(gòu)細(xì)微化，縮短成型周期，減小制品收縮率，可顯著改善PP的透明性、透光率以及拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等機(jī)械性能。由于與α-PP相比，β-PP具有較低的拉伸屈服強度和拉伸彈性模量，但卻有較高的室溫和低溫沖擊強度，在高速拉伸下顯示較高的韌性和延展性，不易脆裂，使PP在制造抗沖工程材料上有一定的應(yīng)用前景。近年來，關(guān)于高效β-PP成核劑的研究與開發(fā)受到了廣泛關(guān)注。 本文用納米CaCO<,3>與一種脂肪族二酸(成核劑NA

3、)混合制備了CaCO<,3>/β-PP納米復(fù)合材料，用DSC、TGA、FTIR、WAXD、POM和力學(xué)性能測試等方法研究了CaCO<,3>/β-PP納米復(fù)合材料的結(jié)晶與熔融行為，結(jié)晶形態(tài)和晶型等與成核劑，納米CaCO<,3>含量等關(guān)系，成核劑的性質(zhì)，β-PP的熔融多峰現(xiàn)象及其在熔融過程中的相轉(zhuǎn)變，β-PP的異相成核作用熱穩(wěn)定性，預(yù)熔融溫度和應(yīng)力對β-PP結(jié)晶行為的影響等，得到以下主要結(jié)論： 1．成核劑明顯提高PP結(jié)晶溫度，但成核

4、劑/pp僅形成α-PP。納米CaCO<,3>/PP形成少量β-PP，但成核劑／納米CaCO<,3>/PP形成大量β-PP。隨著成核劑含量增加，PP結(jié)晶溫度提高，球晶細(xì)化，幾乎完全形成β-PP；納米CaCO<,3>含量增加對PP納米復(fù)合材料的結(jié)晶與熔融行為影響不大。成核劑與納米CaCO<,3>存在化學(xué)作用生成β-PP成核劑，誘導(dǎo)PP形成β-PP。從而制得CaCO<,3>/β-PP納米復(fù)合材料。 2．CaCO<,3>/β-PP納米復(fù)

5、合材料在熔融過程觀察到多重熔融現(xiàn)象，存在四個熔融峰，分別為β<,1>-、p<,2>-、α<,1>和α<,2>-PP的熔融峰。等溫結(jié)晶溫度對CaCO<,3>/β-PP納米復(fù)合材料的熔融峰形影響很大，但在80℃-130℃等溫結(jié)晶， K<,β>值隨著結(jié)晶溫度提高而提高，甚至在80℃結(jié)晶也得到大量的β-PP，打破了以往文獻(xiàn)提出的最低臨界結(jié)晶溫度為85℃的界限。降溫速率對CaCO<,3>/β-PP納米復(fù)合材料的結(jié)晶與熔融行為有．影響，隨著降溫速率

6、增快，結(jié)晶溫度降低，熔融峰形變化較大，K<,β>值有降低的趨勢，但變化不大。冰水淬火樣品的出現(xiàn)冷結(jié)晶峰，但無β-Pp形成。PP的晶型及其結(jié)晶與熔融行為受熱歷史影響很大。 3．升溫速率對CaCO<,3>/β-PP納米復(fù)合材料的熔融行為影響很大，掃描速率越低，越能清晰觀察到β<,1>→β<,2>-晶、β→0α-晶相轉(zhuǎn)變的放熱峰。130℃恒溫結(jié)晶的樣品在線升溫WAXD結(jié)果表明：K<,β>值從25℃到112℃都維持在0.83，從140℃

7、提高到153℃范圍內(nèi)，K<,β>值從0.81急劇降到0.05，但溫度繼續(xù)提高K<,β>值幾乎保持不變。p(300)的衍射峰強度在溫度高于140　℃以后急劇銳減，而α((110)、α(040)和α(130)的衍射峰強度急劇升高，且當(dāng)β(300)衍射峰強度最低時，α(110)、α(040)和α(130)衍射峰強度均達(dá)到最大值。由于α-晶的記憶效應(yīng)，熔融β-晶分子鏈重結(jié)晶成α-晶。 4．不同溫度下熔融再結(jié)晶的研究結(jié)果表明，預(yù)熔融溫度低

8、，PP結(jié)晶熔融程度低，殘留結(jié)晶多起到自相成核作用的晶核多，PP具有高的結(jié)晶溫度。隨著預(yù)熔融溫度提高，結(jié)晶熔融程度高，殘留晶核減少，PP結(jié)晶溫度下降。而預(yù)熔融溫度為174℃時，PP結(jié)晶峰形、溫度與預(yù)熔融溫度為200℃的基本相同，表明預(yù)熔融溫度在174℃-200℃范圍，PP結(jié)晶發(fā)生了完全熔融，而且預(yù)熔融溫度對PP結(jié)晶溫度影響很小。當(dāng)預(yù)熔融溫度低于β-PP完全熔融溫度時，仍然存在β-PP的熔融峰，且峰溫隨著預(yù)熔融溫度提高向高溫移動，當(dāng)預(yù)熔融溫

9、度高于β-PP完全熔融溫度但低于α-PP完全熔融溫度時，只觀察到α-晶的熔融峰，且隨著預(yù)熔融溫度提高α<,1>-PP熔融峰強增強，而α<,2>-PP熔融峰強逐漸減弱至為零。 5．多次升降溫研究結(jié)果表明，CaCO<,3>/β-PP納米復(fù)合材料的結(jié)晶與熔融行為基本不變，表明CaCO<,3>/β-PP納米復(fù)合材料中的β-PP具有高的穩(wěn)定性。 6．考察了施加彎曲應(yīng)力CaCO<,3>/β-PP納米復(fù)合材料到屈服后受力點以下不同部位