论文部分内容阅读
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一，综合性能优异、易于加工成型。但它的冲击性能差，低温易脆断，限制了聚丙烯的进一步应用。近年来，采用无机刚性粒子增韧改性聚丙烯成为了研究的热点。刚性粒子与PP基体的相容性较差，通常需要对粒子进行表面处理或加入增容剂。聚丙烯是一种多晶型聚合物，可以形成α、β、γ、δ和拟六方体等5种晶型，其中主要生成前三种晶型。β晶型聚丙烯具有较高的冲击韧性和热变形温度，在工业上具有极大的应用价值。等温结晶、温度梯度以及剪切可以诱导PP生成β晶，但添加β晶成核剂是最有效的方法。本课题采用β晶成核剂(NT-C)来制备β晶型PP(β-PP)，然后在β-PP中分别加入三种经钛酸酯偶联剂处理的无机刚性粒子（碳酸钙、滑石粉、硫酸钙晶须）制备复合材料。同时，在β-PP复合材料中加入增容剂马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)以提高粒子与基体的相容性。采用双螺杆挤出机和塑料注射成型机制备试样，通过示差扫描量热仪(DSC)、广角X射线衍射仪(WAXD)、偏光显微镜(PLM)、扫描电镜(SEM)以及力学性能的测试研究不同粒子以及粒子含量对复合材料力学性能、结晶行为、晶体结构、形态等的影响。此外，本课题还采用不同的模型研究了β-PP复合材料的非等温结晶动力学。所得结果如下: 对β-PP/T-CaCO3和β-PP/PP-g-MAH/T-CaCO3复合材料DSC、WAXD和PLM研究表明，T-CaCO3会促进PP中β晶型的形成，粒料的KDSC最高达到91.1％，而PP-g-MAH会稍微降低复合材料中β晶的含量，粒料的KDSC最高为84.1％。复合材料的球晶随着T-CaCO3含量的增加而不断细化，且彩色的β晶不断增加。PP-g-MAH的加入提高了T-CaCO3与β-PP基体的相容性。在加入1wt％T-CaCO3时，β-PP/T-CaCO3复合材料的冲击强度达到最大值7.72kJ/m2，是纯PP的1.2倍。当加入PP-g-MAH后冲击强度最大值达到了9.08kJ/m2，是纯PP的1.4倍。Jeziorny和Mo法可以描述β-PP/T-CaCO3复合材料的非等温结晶动力学，NT-C和T-CaCO3会协同加快PP的结晶速率，但是PP-g-MAH的作用较小。 对β-PP/T-Talc和β-PP/PP-g-MAH/T-Talc复合材料DSC、WAXD和PLM研究表明，T-Talc是一种高效的α晶成核剂并且显著的抑制β晶的生成，PP-g-MAH的加入进一步抑制β-PP/T-Talc复合材料中β晶的生成。T-Talc的加入提高了β-PP的结晶温度，也明显减小球晶的尺寸。然而，PP-g-MAH对β-PP/Talc复合材料的结晶有轻微的抑制作用，但也明显改善了T-Talc与β-PP的相容性。当T-Talc含量为2.5wt％时，β-PP/T-Talc复合材料的缺口冲击强度达到最大值9.22kJ/m2，是纯PP的1.4倍，PP-g-MAH的加入则会进一步提高复合材料的韧性。β-PP/T-Talc复合材料的非等温结晶动力学可以很好的用Jeziorny和Mo法来描述，NT-C和T-Talc可以协同促进PP结晶速率的提高，但是PP-g-MAH对β-PP/T-Talc复合材料的结晶速率有微弱的抑制作用。 对β-PP/T-CaSO4和β-PP/PP-g-MAH/T-CaSO4复合材料DSC、WAXD和PLM研究表明，T-CaSO4对β晶有抑制作用，但在高含量时这种抑制作用会减弱。PP-g-MAH在低含量时会部分消除T-CaSO4的β晶抑制作用。T-CaSO4会提高β-PP的结晶温度，球晶尺寸也随之减小。PP-g-MAH会改善填料与基体的相容性，从而提高复合材料的冲击强度。T-CaSO4和β晶有协同增韧的作用，复合材料的冲击强度达到最大值7.38kJ/m2，是纯PP的1.2倍。Jeziorny和Mo法可以很好描述复合材料的非等温结晶动力学，NT-C和T-CaSO4可以协同促进PP结晶速率的提高，但是PP-g-MAH对β-PP/T-CaSO4复合材料的结晶速率有微弱的抑制作用。