改性滑石粉填充聚丙烯高密度聚乙烯复合体系的流变性能
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第20卷第1期高分子材料科学与工程VO1.20 NO.1
2004年1月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGJan
.2004
改性滑石粉填充聚丙烯/高密度聚乙烯
复合体系的流变性能
史铁钧1 何涛2 吴德峰1
(1.合肥工业大学化工学院 安徽合肥23000992.中国科技大学 安徽合肥230026)
摘要:研究了纯滑石粉和插层~偶联等方法改性处理的滑石粉填充聚丙烯/高密度聚乙烯(PP/HDPE)复
合体系的流变性能 探讨了含量~温度~切变速率等因素对复合体系粘度特性的影响G结果表明 复合体
系总体上有切力变稀的特性G体系表观切粘度随纯滑石粉和插层处理的有机滑石粉含量的升高而有不
同程度的增加9随温度升高~切变速率升高而下降9理论上分析了复合体系中各组分之间的微观相作
用G
关键词:聚丙烯9高密度聚乙烯9滑石粉9插层9流变9微观相作用
中图分类号:O631.2+1文献标识码:A文章编号:1000 7555(2004)01 0125 04
近年来 针对聚丙烯(PP)低温耐冲击性能
差 人们对其进行了一系列的改性 其技术已由
最初刚性无机填料填充或增强PP~弹性体增韧
PP二元复合体系发展到用机械共混技术向体
系中掺入弹性体粒子 形成三元复合体系以达
到既增强又增韧的目的[1 2]G根据 硬增硬原理
的需要 本文采用了聚丙烯/高密度聚乙烯
(PP/HDPE)作为整个体系的复合基体G已有研
究表明[3~5]:采用HDPE与PP共混时 HDPE的球晶对PP的球晶有插入~分割作用 能达到
细化PP晶粒作用 起到增韧效果G
滑石粉是一种由层状硅酸盐晶体组成的矿
物 晶体表面有较多羟基存在 用钛酸酯偶联剂
进行表面偶联 可增加无机相与有机相之间的
相容性9同时 滑石粉晶体片层之间存在一定量
的阳离子 可采用有机金翁离子通过离子交换
初步撑开片层 通过机械加工使聚合物熔融插
层 制备聚合物插层复合体系G本研究利用该法
制备了改性滑石粉/PP/HDPE复合体系 分析
了体系的流变性能 揭示了体系的微观结构及
其相互作用G虽然聚合物插层复合材料许多特
殊性能已有不少报道[6~12] 但从流变学角度对此种体系的关注甚少G本研究的一些重要结果
为插层复合体系的成型加工提供了较重要的理
论依据G
1实验部分
1.1实验原料
聚丙烯(1300):燕山石化产品9高密度聚乙
烯(7006A):齐鲁石化公司产品9滑石粉(1300
mesh):国产9钛酸酯偶联剂NDZ 101:南京曙
光化工厂产品G
1.2仪器及设备
毛细管流变仪:DCS 5000型 日本岛津公
司9双辊筒炼塑机:SK 160B型 上海橡胶厂产
品G
1.3工艺流程
(1)纯滑石粉经有机化插层处理:有机滑石
粉9(2)纯滑石粉经偶联剂处理:填料A9(3)有
机滑石粉经偶联剂处理:填料BG(注:偶联剂用
量为滑石粉的1%)填料+PP/HDPEf助剂 -双辊塑炼 -造粒 -流变仪测试
收稿日期:2002 01 219修订日期:2002 05 14作者简介:史铁钧 博士生导师 教授.1.4流变性能测试及数据处理
由于该复合体系粘流温度较高 温度选用
了l80C~l90C~200C三点 用毛细管流变
仪测试其流变性能O毛细管直径约lmm 长径
比为40 在数据处理过程中忽略了其进口~出
口的压力修正O根据挤出力F(kgf)与活塞运动
速率U(mm/min)换算成切应力z(Pa S)及表
观切变速率7(l/S)的数值O对表观切变速率作
RabinouitSch修正 得到真实切变速率:
6=[(3n+l)/4n] 7
其中:n=(dlgz/dlg7) 由数学回归得出;表
观切粘度7=z/6
fig.1Curvesofviscosityvs.shearrateforPP/HDPE(70/30)D:l80C;.:l90C;A:200C.
fig.2Curvesofviscosityvs.shearratefortreatedtalcAsystem(10%)D:l80C;.:l90C;A:200C.
2结果与讨论
2.1基体PP/HDPE(70/30)流变持性
Fig.l是基体PP/HDPE(70/30)的不同温
度的粘度特性曲线O由Fig.l可以看出 表观切
粘度都随切变速率提高而下降 呈切力变稀特
性O根据计算结果 粘度特性基本符合幂率流体
模型 可用下式表示:
7= 7n
在曲线后段出现靠拢现象 这表明温度对体系粘度的影响在逐渐减弱O
2.2纯滑石粉与处理的滑石粉填充体系流变
性能比较
2.2.1填料A与填料B复合体系流变性能比
较:Fig.2与Fig.3分别为填料A与填料B在
滑石粉(以纯滑石粉量计算)含量为l0%时复
合体系不同温度的粘度曲线O由Fig.2与Fig.
3可以看出 两种复合填充体系的表观切粘度
与切变速率存在明显依赖关系 随切变速率变
大 切粘度逐渐变小 呈切力变稀特性O
fig.3Curvesofviscosityvs.shearratefortreatedtalcBsystem(10%)D:l80C;.:l90C;A:200C.
fig.4Curvesofviscosityvs.shearratefortreatedtalcBsystem(5%)D:l80C;.:l90C;A:200C.
2.2.2不同含量填料B复合体系的流变特
性:Fig.4 Fig.5 Fig.6 Fig.7为填料B复合体
系滑石粉含量分别为5%~7%~20%~40%的体
系粘度特性曲线O由Fig.4~Fig.7可以看出
加入不同含量滑石粉的填充体系 其表观切粘
度与切变速率依然有明显的依赖关系 随切变
速率提高 表观切粘度减小 呈切力变稀特性O
由Fig.8可以看出 随有机滑石粉含量提高 与
基体粘度数据相比 在同温度与切变速率下 体
系粘度越来越高 这也符合无机填料填充体系
粘度的一般变化趋势O另外 随滑石粉含量进一
步提高 粘度曲线末端出现了!些不规则变化 62l高分子材料科学与工程2004年
Fig.5Curvesofviscosityvs.shearratefortreatedtalcBsystem(7%)D:l80C;.:l90C;A:200C.
Fig.6Curvesofviscosityvs.shearratefortreatedtalcBsystem(20%)D:l80C;.:l90C;A:200C.
Fig.7Curvesofviscosityvs.shearratefortreatedtalcBsystem(40%)D:l80C;.:l90C;A:200C.
Fig.8Curvesofviscosityatl80Cvs.treatedtalccon-tentfortalcBsysteml:z=5mm/min;2:z=l0mm/min;3:z=20mm/min;4:z=30mm/min;5:z=40mm/min.Fig.9Curvesofviscosityatl90Cvs.treatedtalccon-tentfortalcBsysteml:z=5mm/min;2:z=l0mm/min;3:z=20mm/min;4:z=30mm/min;5:z=40mm/min.
Fig.l0Curvesofviscosityat200Cvs.treatedtalccon-tentfortalcBsysteml:z=5mm/min;2:z=l0mm/min;3:z=20mm/min;4:z=30mm/min;5:z=40mm/min.
这可能是因为随着滑石粉含量提高 体系中未
被聚合物基体熔融插层的滑石粉比例上升 分
散不均匀 尺度变化大 与基体相容性变差所
致O
Fig.8 Fig.9 Fig.l0~分别为l80C~l90
C~200C时体系中滑石粉含量对粘度的影响
曲线(图中z(mm/min)为活塞运动速率 与切
变速率变化方向一致)O由图可见 三张图的曲
线存在两个明显的特点:在较低的切变速率时
粘度一般随滑石粉含量的提高基本呈下降趋
势 切变速率较大时 粘度随滑石粉含量的提高
而呈上升趋势;当滑石粉含量小于l0%时 每
条曲线之间距离较远O当滑石粉含量超过l0%
时 曲线呈喇叭形状收缩 曲线变得较为靠近O
总的趋势是 滑石粉含量的变化对体系粘度的
影响不大O
滑石粉在体系中呈片层状分布 尺寸很小
分布均匀 与基体结合良好 使体系总体粘度变
化不大 这种特性对复合材料的成型意义非常
重大O72l第l期史铁钧等:改性滑石粉填充聚丙烯/高密度聚乙烯复合体系的流变性能
参考文献:[1]吴唯(WUWei) 等.高分子学报(ACTAPolymSinica) 2OOO(1):99.[2]欧玉春(0UYu-chun) 等.高分子学报(ACTAPolymSinica) 1996(1):59.[3]RabelloMS WhileLR.J.Appl.Polym.Sci. 1997 (2):5O5.[4]张弓(Z~ANGGong) 等.高分子学报(ACTAPolymSinica) 199 (5):591.[5]张弓(Z~ANGGong) 等.高分子学报(ACTAPolymSinica) 2OOO(6):3O6.[6]ThlnyBKG.TheChemistryofDay-0rganicFeac-tions.Adam~icgerLondon 1974.[7]ThlnyBKG.FormingandPropertiesofDay-PolymerComposite Elsevier 1979.[ ]CaoG etal.J.SolideStateCommel. 1991 77:155.[9]VaiaRA etal.Adv.Mater. 1995 7(2):154.[1O]尹剑波(YINJian-bo) 等.塑料(Plastic) 2OOO 29(3):33.[11]李强(LI@iang) 等.高分子学报(ACTAPolymSini-ca) 1997 (2):156.[12]RakinoWitschBZ.PhydicChem.(Leipzig) 1929 145A:1.
STUDYONRHEOLOGICALPROPERTIESOFPP/HDPECOMPOSITESYSTEM
FILLEDWITHTALCTREATEDBYINTERCALATINGANDOTHERWAY
S~ITie-jun1 ~ETao2 WUDe-feng1
(1.CollegeofChemicalTechnology HefeiUniUeLsityofTechnology Hefei230009
China;2.UniUeLsityofScienceancTechnologyofChina Hefei230026 China)
ABSTRACT:ThroughtestingtherheologypropertyofaseriousofPP/~DPEcompositesystem
filledWithdifferentcontentofpuretalcandintercalatingtreatedorganictalc theeffectofdiffer-
entcontent temperatureandshearspeedupontheshearviscosityofthecompositesystemWere
