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β晶型聚丙烯(β-PP)具有优异的冲击韧性和独特的晶体结构,因此对β-PP的研究成为人们研究聚丙烯复合材料的热点之一。本文研究了新型稀土类β晶型成核剂(WBG)对聚丙烯(PP)性能的影响,从微观结构和结晶动力学等方面对成核剂进行了评价。研究结果表明,WBG是一种高效的聚丙烯β晶成核剂。使用广角X射线衍射法(WAXD)测试发现,随着成核剂添加量的增加,β晶相对含量逐渐增大,当添加量达到0.1wt%时,β晶相对含量达到90%以上。在0~0.5wt%的添加范围内,当WBG添加量为0.1wt%时,PP的力学性能达到最值,冲击韧性得到大幅度提高,室温(+21℃)简支梁冲击强度提高了近两倍,低温(-20℃)冲击强度也提高了近30%;而拉伸屈服强度、弯曲性能等略有下降。热变性温度测试发现,随着WBG添加量的增加,WBG改性PP的热变形温度逐渐升高。当WBG添加量为0.1wt%时,热变形温度提高了11℃,这使得PP的冲击韧性和热性能得到了有机地统一。差热扫描量热仪(DSC)测试研究发现,成核剂的加入,提高了PP的结晶温度和结晶度;同时,经过4次热处理后,样品中β晶的相对含量基本保持不变,说明该成核剂改性的β-PP具有良好的加工稳定性。
同时,选用了另一种稀土类化合物(A粉)与该成核剂复配,研究其与WBG的协同成核效果。复配后的成核剂具有较高的成核能力,从而得到了一种高效、价廉的新型成核剂。
在晶型改性的基础上,采用共混改性、填充改性等方法,研究了不同共混填充材料对β-PP性能的影响。采用三元乙丙橡胶(EPDM)和乙烯-1-辛烯共聚物(POE)两种弹性体共混改性β-PP后发现,弹性体和β晶成核剂起到了协同增韧的效果,材料的冲击韧性得到大幅度的提高,但是使材料的刚性下降。
采用镁盐晶须和滑石粉等无机填料填充改性β-PP后发现,两种无机粒子能够显著改善β-PP的刚性,使材料的拉伸弹性模量、弯曲强度、弯曲模量以及热变形温度大幅度地提高。选用20wt%的镁盐晶须、5wt%的POE和0.1wt%的WBG改性PP得到的多元复合材料的综合性能优于纯PP,从而得到了综合性能优异的PP复合材料。