sio2增强增韧聚丙烯的原因

玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的制备及性能研究一．原材料1．聚丙烯（polypropylene简称PP）PP是一种热塑性树脂基体，为白色蜡状材料。

聚丙烯的生产均采用齐格勒—纳塔催化剂，以Al(C2H5)3+TiCl4体系在烷烃（汽油）中的浆状液为催化剂，在压力为1.3MPa，温度为100℃的条件下按离子聚合机理反应制得。

聚丙烯的结晶度为70％以上，密度为0.98，透明度大，软化点在165℃左右，脆点—10~20℃，具有优异的介电性能。

热变形温度超过100℃，其强度及刚度均优于聚乙烯，具有突出的耐弯曲疲劳性能、耐化学药品性和力学性能都比较好，吸水率也很低。

因此应用十分广泛，主要用于制造薄膜，电绝缘体，容器等，还可用作机械零件如法兰，接头，汽车零部件等。

2．玻璃纤维(glass fiber简称GF)GF是一种性能优异的无机非金属材料。

成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。

它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺，最后形成各类产品。

玻璃纤维单丝的直径从几个微米到十几米个微米，相当于一根头发丝的1／20—1／5，每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成，通常作为复材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等，广泛应用于国民经济各个领域。

玻璃一般人的观念为质硬易碎物体，并不适于作为结构用材，但如其抽成丝后，则其强度大为增加且具有柔软性，故配合树脂赋予形状以后终于可以成为优良的结构用材。

玻璃纤维随其直径变小其强度高。

作为增强材料的玻璃纤维具有以下的特点，这些特点使玻璃纤维的使用远较其他种类纤维来得广泛，发展速度亦遥遥领先，其特性列举如下：1)拉伸强度高，伸长小(茎3％)。

2)弹性系数高，刚性佳。

3)弹性限度内伸长量大且拉伸强度高，故吸收冲击能量大。

4)为无机纤维，具不燃性，耐化学性佳。

5)吸水性小。

6)尺度安定性，耐热性均佳。

7)透明可透过光线。

8)与树脂接着性良好之表面处理剂之开发完成。

复合材料学报第24卷 第6期 12月 2007年A cta M ateriae Co mpo sitae SinicaV o l 124N o 16December2007文章编号:1000-3851(2007)06-0019-07收稿日期:2007-03-27;收修改稿日期:2007-06-15基金项目:北京市教育委员会共建项目建设计划资助项目(JD100060518)通讯作者:沈志刚,教授,主要研究方向为微纳米颗粒的制备与应用研究 E -mail:s hen zhg@微纳米SiO 2/PP 复合材料增强增韧的实验研究郑艳红,蔡楚江,沈志刚*,麻树林,邢玉山(北京航空航天大学北京市粉体技术研究开发重点实验室,北京100083)摘 要: 为了研究无机刚性颗粒对通用塑料聚丙烯(P P)的力学性能的影响,采用熔融共混方法制备了经硅烷偶联剂A-151处理的SiO 2/PP 复合材料,并通过其缺口冲击、拉伸、弯曲试验和冲击断面的形貌观察,分析研究了微纳米SiO 2颗粒大小、填充量、表面改性以及不同颗粒大小SiO 2混合物对PP 复合材料增韧、增强效果的影响。

实验结果表明:纳米SiO 2的加入可以同时改善其韧性、刚性和强度;填充量相同,颗粒越细,SiO 2/P P 复合材料的力学性能越好。

SiO 2经改性后填充到PP 基体中,明显改善了颗粒在基体中的分散性及基体与颗粒之间界面结合性能,使复合材料的综合力学性能得到提高。

不同颗粒大小的SiO 2混合后填充到PP 基体中,混合SiO 2的协同效应使复合材料拉伸、弯曲性能进一步提高,对P P 基体具有更好的增强效果,但其冲击性能下降。

关键词: SiO 2;PP;力学性能;复合材料中图分类号: T B332;T Q325.1+4 文献标志码:AToughening and strengthening of micro -and nano -S iO 2/PP compositesZH ENG Yanho ng ,CAI Chujiang,SH EN Zhigang *,M A Shulin,XING Yushan(Beijing K ey L abo rato ry for Pow der T echno log y R esear ch and D ev elo pment,Beijing U niver sity o f Aer onaut ics and Astr onaut ics,Beijing 100083,China)Abstract: In o rder to investig ate the mechanical pr operties of co mmercial plastic polypro py lene (PP )r einforced wit h ino rg anic rig id particles,t he PP com posite mater ial filled w ith the surface-mo dified silica par ticles by silane co upling ag ent A-151was prepared by the melt blending method.T he effects of the par ticle size,mass f raction o f silica,sur face mo dificatio n of silica and mix ture of the silica par ticles w ith different sizes o n the toug hening and st reng thening of PP matr ix w ere inv est igated based on the r esults of mechanical pro per ties testing and the obser vation of the impact f racture sur face mo rpholog y of the composites.T he r esults show that the toughness,st reng th and rigidit y of the composites can be impro ved simultaneously by f illing nano silica particles into po ly pr opylene.T he finer the size of the part icles is,the hig her the mechanical pro per ties of the composit es are.When the modified silica pa rticles ar e filled into PP,the disper sion o f the silica in P P mat rix and the compatibility betw een the silica and matr ix are impro ved,and the mechanical pr operties o f the com posites ar e impro ved.T he co mpo sites reinfor ced w ith the mix tur e of the silica par ticles w ith different sizes have hig her tensile and flex ural pr operties.T he mix tur e has a better reinfor cing effect on PP matr ix ,but t he impact propert y of the co mpo sites decreases.Keywords: silica;P P;mechanical pro per ties;composites聚合物材料的增强增韧一直是高分子材料领域备受关注的一个重要问题。

PP/纳米SiO2复合材料的研究摘要：通过熔融共混法制备了PP/纳米SiO2复合材料。

研究了纳米SiO2用量对PP基体性能的影响。

通过力学性能测试、DSC热分析和SEM照片观测对PP/纳米SiO2复合材料的结构和性能进行了系统地研究。

结果表明：当纳米SiO2含量为2%时，PP/纳米SiO2复合材料的综合力学性能最好。

DSC表明，纳米SiO2对PP基体有异相成核作用。

SEM电镜分析得出，经表面改性的纳米SiO2均匀地分散于PP 基体中，从而起到良好的改性作用。

关键词：聚丙烯; 纳米SiO2;力学性能聚丙烯(PP)作为通用塑料，由于冲击强度低、耐低温韧性差、制品成型收缩率大等原因，限制了其进一步的使用和发展。

近年来对PP改性的研究较多，大部分在PP增韧方面有了突破性进展，但在冲击韧性得到改善的同时却以牺牲其他方面性能作为代价，如强度[1]。

有关无机纳米级粒子填充聚合物的理论和应用研究[2-8]表明，无机纳米粒子可同时增强、增韧聚合物。

然而纳米粒子具有较高的表面能而极易团聚，而且与PP基体的极性相差大，相容性差，从而大幅度劣化PP复合材料的物理机械性能。

目前提高纳米粒子在干态下的分散性，使其更均匀地分散在聚合物基体中成为无机纳米粒子改性PP研究的又一热点[9,10]。

本文通过力学性能测试、DSC热分析和SEM照片观测对PP/纳米SiO2复合材料的结构和性能进行了系统性的研究。

1 实验部分1.1 主要原料聚丙烯（PP）, T30S，独山子石化公司；纳米SiO2 (平均粒径20nm)，浙江舟山纳米材料股份有限公司；硅烷偶联剂(KH560)，杭州沸点化工有限公司。

1.2主要仪器和设备同向双螺杆混炼挤出机（TSE-40A），南京瑞亚高聚物设备有限公司；塑料注射成型机（CJ80MZ-NCⅡ），震德塑料机械厂有限公司；液晶式摆锤冲击试验机（ZBC-4B），深圳市新三思计量技术有限公司；微机控制电子万能试验机（WDW-10C），上海华龙测试仪器公司；扫描电子显微镜（KYKY-2800B SEM），北京中科科仪技术发展有限责任公司；差示扫描量热仪（DSC Q10），TA Instruments。

聚丙烯的增韧增强的研究PP/POE/滑石粉三元复合材料的研究中文摘要通过力学性能测试、动态力学试验、DSC分析以及材料断面形貌与结分析等手段,对以滑石粉刚性微粒、以三元乙丙橡胶(EPDM)为弹性微粒组成的聚丙烯(PP)/滑石粉/EPDM的同时增强增韧效果进行了研究.结果显示,上述两种微粒可同时大幅度提高PP的韧性、强度和模量,当PP/滑石粉/EPDM80/3/20时,两种微粒体现较明显的协同增韧效应.纳米SiO2可提高PP的结晶温度和结晶速度,并使球晶细化.滑石粉刚性微粒在PP连续相中以微粒团聚体形态分布,构成团聚体的平均微粒数约为6～7,其与PP基体表现出较强的结合牢度.PP/滑石粉/EPDM的综合性能已接近或达到工程塑料的性能.英文摘要1绪论1.1聚丙烯的简介1.1.1 聚丙烯的分子量1.1.2 产品描述1.1.3 特点1.1.4 生产方法1.1.5 成型特征1.1.6 聚丙烯成型工艺1.1.7 PP特点1.1.8 工程用聚丙烯纤维1.2聚丙烯增韧增强的方法1.2.1 化学方法1.2.2 物理方法1.3本课题的研究2实验材料与实验方法2.1合成所需要的材料和器材2.1.1材料PP 橡胶滑石粉2.1.2器材双螺杆挤出机压机2.2性能检测所需要的材料和器材2.2.1材料2.2.2器材组合式数显摆锤式冲击试验熔体流动速率指示测定仪微控电子万能试验机扫描电子显微镜(SEM)2.3合成的方法2.4性能测试实验方法3 PP/橡胶/滑石粉三元复合材料的合成4 PP/橡胶/滑石粉三元复合材料性能的检测4.1力学性能4.1.1拉伸性能4.1.2弯曲性能4.1.2冲击性能4.2 SEM观察4.3 PLM观察4.4 DSC观察5结论和展望5.1主要结论5.2展望致谢参考文献1 绪论1.1 聚丙烯简介1.1.1聚丙烯分子量嵌段共聚AP3熔指在11左右，类似文献中提及的分子量分布约为5.13，Mw 在300000左右。

无机粒子增韧聚丙烯的研究进展摘要：阐述了几种不同的无机纳米粒子对聚丙烯的增韧介绍，简单叙述了无机纳米粒子的物理化学作用增韧机理和微裂纹化增韧机理，并对无机粒子增韧聚丙烯的发展前景进行展望。

关键词：无机粒子聚丙烯增韧机理pp是五大通用塑料之一，具有相对密度低、来源丰富、价格低廉、性能优良、用途广泛等优点,被广泛应用于汽车、电器、化工、建筑、包装等行业。

由于pp存在低温脆性大、刚性低、成型收缩率大等缺点,限制了pp的进一步应用。

纳米无机粒子的填充改性可较大幅度地提高聚合物材料的综合性能,达到同时增强、增韧、功能化的目的。

目前常用的无机刚性粒子主要有滑石粉、高岭土、caco3、硫酸钡、蒙脱土、碳纳米管、二氧化硅等。

本文综述了近年来国内外微一纳米无机刚性粒子对pp材料改性的最新研究进展以及对增韧机理的简单介绍。

1.聚丙烯/微米无机颗粒复合材料1.1pp/caco3复合材料Chan等人将纳米CaCO 3与聚丙烯熔融混合。

当填充量小于9.2%时，纳米caco3在聚丙烯中均匀分散，复合材料的拉伸强度提高约85%；扫描电镜（SEM）显示，聚丙烯中存在球形孔洞，这是由于纳米碳酸钙在聚丙烯基体中的应力集中所致。

这些孔洞会引起聚丙烯的塑性变形，提高聚丙烯的力学性能。

guo等先在纳米caco3粒子表面包裹上可溶性的斓系化合物,再与pp进行熔融共混制得pp/纳米caco3一la复合材料。

Ma等人在光照下用硅烷偶联剂γ预处理纳米CaCO 3颗粒，将聚丙烯酸丁娘（PBA）接枝到大米颗粒表面，形成纳米复合材料（接枝聚合物PBA、均聚物和分离的纳米颗粒），最后与聚丙烯熔融共混。

研究发现，纳米颗粒与PBA具有明显的协同效应。

1.1.1碳酸钙用量对断裂伸长率的影响随着碳酸钙用量的增加，无机颗粒间的团聚增加了分子链之间的摩擦，阻碍了分子链的滑移，在PP中形成了多相体系。

碳酸钙和PP的润滑性和相容性变差，界面附着力变弱，并以固体颗粒的粘性流动状态流动，使整个系统破裂伸长率降低，如图1所示。