滑石粉填充PP材料中颗粒分布分形特征及其与冲击性能的关系
滑石在塑料填充剂中的应用研究
滑石在塑料填充剂中的应用研究摘要:滑石是一种常见的天然矿石,具有较高的硬度和熔点。
由于其良好的耐磨性、耐热性和化学稳定性,滑石被广泛应用于塑料填充剂中。
本文从滑石的性质特点、应用优势、制备方法等方面综述了滑石在塑料填充剂中的应用研究进展,并对其未来发展进行了展望。
1. 引言塑料填充剂是一种将填充物添加到塑料中以改善其性能的方法。
它可以提高塑料的强度、硬度、耐磨性和热稳定性等方面的性能,并且降低成本。
滑石作为一种常见的填充物,具有较高的硬度和熔点,因此在塑料填充剂中具有广泛的应用前景。
2. 滑石的性质特点滑石是一种含有大量硅酸镁的矿石,其主要成分是Mg3Si4O10(OH)2。
滑石具有层状结构,层与层之间由弱的范德华力相互结合。
滑石的硬度较高,一般在1.5-2级,熔点约为1500℃,具有优良的热稳定性和耐化学腐蚀性。
此外,滑石还具有较好的电绝缘性能和吸湿性。
3. 滑石在塑料填充剂中的应用优势(1)强度提升:滑石具有较高的硬度,添加滑石可以增加塑料的强度和硬度,提高其抗冲击性和耐磨性。
同时,滑石还能增加塑料的刚性,改善其挤出性能。
(2)热稳定性提高:滑石的熔点较高,能够提高塑料的热稳定性和耐高温性能。
在高温条件下,填充了滑石的塑料能够保持较好的力学性能和尺寸稳定性。
(3)降低成本:相比于纯塑料,添加滑石填充剂可以降低成本,提高生产效率。
滑石的价格相对较低,且其填充效果显著,减少了塑料使用量。
4. 滑石在塑料填充剂中的制备方法滑石在塑料填充剂中的制备主要包括两种方法:物理混合和化学改性。
(1)物理混合:将滑石粉末与塑料基体进行机械搅拌,使其混合均匀。
这种方法简单、易操作,但是填充效果相对较差,滑石颗粒容易团聚,对塑料的增强效果有限。
(2)化学改性:通过将滑石表面进行改性处理,使其与塑料基体更好地结合。
常用的改性方法包括表面活化、表面修饰和接枝聚合等。
这种方法能够提高滑石与塑料的界面相容性,增加其填充效果和强化效果。
滑石粉填充聚丙烯复合材料的动态流变性能、力学性能、收缩性、形态学的研究
化学耦合法制备的滑石粉填充聚丙烯复合材料的动态流变性能、力学性能、收缩性、形态学的研究Y ousef Jahani伊朗德黑兰的聚合物加工,聚合物和石油化工研究院的全体教员本文研究了滑石粉填充的马来酸酐接枝聚丙烯的振荡剪切流变性能,机械性能,收缩性能和形态。
在一个长径比为40和25的双螺杆挤出机里制备样品。
对注塑样品进行了拉伸试验,实验表明其增强效果与百分数达20%的滑石粉增强聚丙烯效果相似。
在拉伸试验中,含量为30%的马来酸酐接枝聚丙烯最多比含量为1.5%的马来酸酐接枝聚丙烯的机械性能增强10%。
在终端区的牛顿高台区观察纯聚丙烯和含量为30%的滑石粉填充聚丙烯复合物的复合粘度曲线。
在低剪切速率下,当滑石粉含量增加至40%和50%时,复合粘度曲线迅速上升并表现出屈服行为,这种屈服行为可能是由熔融状态下网状填充物结块的形成引起的。
在幂律定律使用的区域进行了粘度行为分析,结果表明流动性指数从0.45(滑石粉含量为10%的流动行为指数)下降到0.4(滑石粉含量为10%的流动行为指数)。
当滑石粉含量增加至50%时,流动性指数比等规聚丙烯树脂的流动性指数更低。
交叉区域的频率表征了分子流动行为和时间松弛行为。
复合物的交叉频率几乎恒定与滑石粉含量为30%的复合体系的频率相当,并随填料量的增加而降低。
偶联剂的最佳含量可能和最低点的交叉频率和交叉模量紧密联系。
本文研究了含有马来酸酐接枝聚丙烯和不含马来酸酐聚丙烯的复合物的收缩行为,结果表明其收缩行为与流变性能紧密相连。
16:70–77, 2010. 塑料工程协会简介聚丙烯(PP)是最重要的聚烯烃,广泛适用于各种不同的应用领域,低廉的价格,优良的耐化学性,适当范围的拉伸强度和模量,良好冲击性能和加工性能使其成为许多工程应用领域的合适材料。
矿物填料广泛应用于聚丙烯(PP)树脂.滑石粉是最常用的矿物填料,用于PP树脂的硬化,增加尺寸稳定性,并降低了生产成本。
填充物的加入,也可能对复合材料的延展性,强度和加工性能产生不利影响.多年来,滑石粉填充聚丙烯复合材料得到了特殊的关注,因为其高的刚度和低线性热膨胀系数,让他们适合用于伸缩缝的连接,如汽车无缝零件保险杠。
滑石粉在塑料改性中的应用解析
本文摘自再生资源回收-变宝网()滑石粉在塑料改性中的应用解析1、在聚丙烯树脂中的应用(PP)滑石粉常用于填充聚丙烯,滑石粉具有薄片构型的片状结构特征,因此粒度较细的聚丙烯的结晶性,从而使聚丙烯各项机械性能提高,又由于提高结晶性,细化晶粒,亦能提高聚丙烯的透明性。
填充20%和40%超细目滑石粉的聚丙烯复合材料,不论是在室温和高温下,都能够显著提高聚丙烯的刚性和高温下的耐蠕变性能。
在汽车工业中,聚丙烯添加滑石粉主要用于汽车的保险杠和仪表盘,另外还用于风扇罩、加热器罩、导管、蓄电池防热板、流体泵件等;在飞机工业中,用于冰箱门衬垫、加热器及真空泵罩、洗涤机搅拌器;在电气工业中,用于注塑成型各种仪表壳体和电气元件,在家电工业中,用于冰箱抽屉、洗衣机滚筒等注塑件。
2、在聚乙烯树脂中的应用(PE)用它填充聚乙烯能够提高以下性能:①韧度、挠曲模量和扭曲模量;②提高挠曲强度;③降低在常温和高温下下蠕变倾向;④提高热变温度及尺寸稳定性;⑤改善变形和翘曲,同时亦有较低的热膨胀系数;⑥改进导热性;⑦提高模塑件的表面硬度及光洁度;⑧提高聚乙烯的机械强度。
添加不同比例的滑石粉对聚乙烯材料的物性将产生不同的影响,添加比例在10-15%达到最佳。
对于聚乙烯吹塑薄膜来说,填充超细滑石粉母料比其他填料好,易成型、工艺性好。
而且,该种薄膜可使氧气透过率降低80%,特别适合包装含油食品,如花生米、蚕豆等,长期保持不出油、不变质:该种薄膜可使水蒸气透过率降70%,具有很好的防潮性,很适合作地下土工防潮布,也适用于包装食品。
3、在ABS树脂中的应用人们对ABS改性的研究广泛的开展。
比如ABS与PVC共混制造的汽车仪板吸塑片、ABS 与PVC共混制造的仿皮箱包蒙面皮,不但强度高、韧性大而且能够保持表面花纹的耐久性。
这种共混材料加超细碳酸钙或超细滑石粉进行填充,能够显着的提高共混材料的缺口冲击强度和耐撕裂强度,比如:添加超细滑石粉或碳酸钙5-15%,缺口冲击强度可提高2-4倍。
滑石粉对聚丙烯性能的影响
滑石粉对聚丙烯性能的影响摘要本课题分别采用偶联剂KH550、成核剂、不同种类的相容剂(PP-g-MAH, PE-g-MAH,POE-g-MAH)对PP/滑石粉材料进行改性,并且将不同种类的相容剂复配或将相容剂与其他助剂进行复配,讨论其对材料综合性能的影响,同时研究滑石粉的添加量对PP复合材料性能的影响。
结果发现,偶联剂KH-550与相容剂对PP综合性能的改善作用较为显著;并且当相容剂9904与相容剂9805复配时,PP 的缺口冲击强度提高到95.7J/m。
关键词:聚丙烯(PP);滑石粉;相容性;力学性能前言滑石粉是一种由层状硅酸盐晶体组成的矿物,采用滑石粉填充的PP,耐热性好,收缩率低,尺寸稳定性好,硬度高。
滑石粉填充PP复合材料已广泛应用于汽车部件及日常用品的生产。
然而由于滑石粉与聚丙烯两相之间界面的亲和性不强,他们之间的相容性问题往往导致聚丙烯的冲击性能降低,因此,改善滑石粉与聚丙烯之间的相容性,改善滑石粉填料在高聚物基料中的分散状态,从而提高复合材料的物理力学性能是一个很重要的课题。
1文献综述为了改善滑石粉与聚丙烯之间的相容性,常使用偶联剂对滑石粉表面进行改性,以增加树脂和填料间的粘结力,改善和提高复合材料的各种性能。
马长宝[1]经研究发现,滑石粉经偶联剂处理后,PP/滑石粉复合材料的力学性能增强,并且混合偶联剂效果优于单一偶联剂。
夏占明等[2]将滑石粉用可接枝PP的KH-570活化后,采用适当的过氧化物反应挤出,可发生接枝反应,复合材料具有比传统偶联法具有更高的力学性能,并且此方法易于工业化。
然而,偶联剂的官能团与非极性的PP聚合物间则难有较强的相互作用,因此,采用改性聚烯烃作为界面改性剂的应用日益广泛,如丙烯酸接枝聚丙烯和马来酸酐接枝聚丙烯等。
一般认马来酸酐接枝的聚丙烯(PP-g-MAH)[3,4]界面改性效果较好。
仇武林等[5]研究了PP-g-Si与KH550对聚丙烯/滑石粉体系的增容效果,发现以硅烷接枝聚丙烯(PP-g-Si)作为偶联剂时,滑石粉/PP体系复合材料的性能得到了显著提高。
滑石粉掺混对聚丙烯力学性能的影响
滑石粉掺混对聚丙烯力学性能的影响聚丙烯是一种重要的合成树脂材料,因其具有优异的物理、机械性能,而被广泛应用于制造汽车、电子、家电、家具等各种行业。
近年来,聚丙烯的材料研究成为了一个热点领域,人们通过添加不同的填充剂或者增强剂来改善聚丙烯的性能。
滑石粉是一种天然矿物,具有较好的耐磨性、耐火性和难燃性,在聚合物材料中添加滑石粉可以有效提高材料的物理机械性能。
本文将探讨滑石粉掺混对聚丙烯力学性能的影响。
一、聚丙烯性质及其应用聚丙烯具有较高的耐热性、抗老化能力、耐腐蚀性和低温性能,以及优异的机械性能,如高拉伸强度,高弹性模量,高刚度等,已被广泛应用于各个领域,如汽车、电子、机械制造、塑料容器等。
聚丙烯主要由丙烯单体聚合而成,可以通过聚合反应来控制分子结构,以便满足各种应用需求。
二、滑石粉特性及其应用滑石粉是天然矿物石英的一种,化学成分主要为硅酸镁,具有白色、柔软、少脆而不易热膨胀等特点。
作为一种功能性填充剂,被广泛应用于聚合物材料的改性中。
在高分子材料中添加滑石粉可以提高材料的强度、硬度和模量等机械性能,提高材料的热稳定性和阻燃性能,降低热膨胀系数,延长材料的寿命。
三、将滑石粉掺混到聚合物材料中可以改变材料的机械性能、热稳定性能和阻燃性能。
通过掺混不同比例的滑石粉可以得到不同性质的聚合物材料。
(1)掺混比例的影响通常情况下,随着滑石粉的掺混比例的增加,聚丙烯的力学性能会有所提高,这是由于滑石粉的硬度和强度的增加,可以增强材料的刚度和耐磨性能。
但当滑石粉掺混比例过高时,材料的韧性会有所下降,这是由于滑石粉的脆性和聚丙烯的韧性不相容。
(2)掺混方式的影响不同的掺混方式会影响聚合物材料的力学性能。
传统的掺混方式是在聚合物中加入滑石粉颗粒,这可能会引起颗粒在材料中分散不均匀的问题,从而影响到其力学性能。
新的掺混方式是将滑石粉雕刻成类似亲水性分子的结构,然后加入到环氧树脂中,这种方式可以极大地提高聚合物材料的力学性能。
滑石粉对纳米复合材料性能的影响研究
滑石粉对纳米复合材料性能的影响研究近年来,纳米复合材料在材料科学领域备受关注。
这种材料由纳米尺寸的颗粒以及一种或多种基础材料组成,其特殊的结构和性质使其具备广泛的应用前景。
然而,在制备纳米复合材料时,加入不同的添加剂将会对其性能产生巨大影响。
本文将重点探讨滑石粉对纳米复合材料性能的影响,并对其作用机理进行研究。
滑石粉,又称滑石粉末或滑石粉体,是一种由滑石矿石经过破碎、磨粉等工艺制得的细粉末状物质。
滑石是一种含有丰富镁、铝、硅等元素的矿石,具有良好的热稳定性、耐腐蚀性和机械性能。
滑石粉被广泛应用于塑料、橡胶、涂料等工业领域,并且被发现可以用于增强纳米复合材料的力学性能。
首先,滑石粉的添加可以显著改善纳米复合材料的力学性能。
研究表明,添加适量的滑石粉可以显著提高纳米复合材料的强度、刚度和耐磨性。
滑石粉的颗粒在纳米复合材料中充当了填充剂的作用,填充剂的加入可以有效地增加材料的界面相互作用,从而增强纳米复合材料的力学性能。
此外,滑石粉还可以有效地阻止裂纹的扩展,提高复合材料的韧性,增强其抗冲击性能。
其次,滑石粉的存在可以显著改善纳米复合材料的热稳定性。
滑石粉具有较高的热导率和热稳定性,其加入可以有效地提高纳米复合材料的热导率和热稳定性。
研究发现,滑石粉的存在可以有效地改善纳米复合材料的热膨胀系数,降低材料在高温条件下的热膨胀性能。
这对于一些高温工况下的应用来说至关重要,例如航空航天领域。
此外,滑石粉的添加还可以改善纳米复合材料的界面性能。
纳米复合材料的性能往往受到界面的影响,滑石粉的加入可以增加纳米颗粒与基体材料之间的结合强度,提高材料的界面性能。
研究显示,滑石粉与基体材料之间形成了良好的结合,有效地提高纳米复合材料的界面粘结强度。
这对于提高纳米复合材料的使用寿命和耐久性具有重要意义。
在研究滑石粉对纳米复合材料性能影响的过程中,也出现了一些挑战。
首先,滑石粉的添加量需要进行优化,过多或过少的添加量都会影响纳米复合材料的性能。
滑石粉在塑料中的应用特点和要求
滑石粉在塑料中的应用特点和要求1、滑石粉在塑料中的应用特点(1)(滑石)的密度为2.7~2.8g/cm3,与重钙相近。
(2)滑石的莫氏硬度为1,在无机粉体中硬度最低,对设备磨损最小。
(3)滑石呈层状结构,相邻的两层靠微弱的范德华力结合,在外力作用下,相邻两层之间极易滑移或相互脱离。
因此,滑石粉在塑料加工中,在机械设备的摩擦、挤压等作用下,滑石粉颗粒极易层层剥离开,从而形成新的颗粒结构并团聚,虽然经过偶联剂或其它化学表面处理技术,但达到较好的表面活化改性效果,尚需实行特别工艺。
(4)滑石对塑料产品显著的加强作用重要来自于其独特的微观片状结构。
加工后的滑石粉片状结构保持的越完整,其加强效果越明显。
较大的径厚比(片状颗粒平均直径与其厚度之比)可提高塑料制品的刚性、冲击强度、弯曲模量和热稳定性。
(5)高品质超微细滑石粉成片状结构,用于塑料制品时,可均匀的成层叠状分散在树脂中。
好像水泥制品中嵌入的金属结构网,能够在保持塑料的自身优点外,形成力学性能优异的加强支撑形态,可提高塑料制品的物理性能,还具有明显的保温、隔绝作用。
(6)滑石的pH值为9.0~9.5,化学稳定性好,耐弱酸、碱、盐。
(7)滑石的颜色有白、灰绿、奶白、淡红、浅蓝、浅灰等,有的还有珍珠或脂肪光泽。
对塑料用的滑石粉往往希望白度越高越好,在粉碎时,各种滑石都成为一种由灰到白的粉末,并呈现不同程度的固体光泽,但在塑料制品中应用后,会发生颜色的微量变化。
(8)滑石和云母、高岭土等含硅(Si)的矿物都具有红外线和紫外线的隔绝性,在塑料制品中具有明显保温、耐老化等效果。
(9)滑石的滑腻感非常明显,加入滑石粉的塑料开口性明显改善,还可以改善薄膜的防粘连性。
(10)当超微细的滑石粉(1m以下)均匀分散在塑料基体之中时,能起到成核剂的作用。
2、滑石粉在塑料中的应用要求《GB15342—1994塑料用滑石粉技术指标》规定了重要应用指标要求,在实际应用中还应注意以下几点:SiO2含量:滑石粉中的硅(SiO2)含量是衡量滑石粉品位的紧要指标。
PP滑石粉复合材料的制备及性能研究[整理版]
摘要聚丙烯PP具有密度小、透明性好、耐热性优良、加工成型性好、功能化复合容易、原材料丰富、价格便宜等优点,广泛应用于包装、农业、建筑、汽车、电子电气等行业。
但聚合物PP耐寒性差,低温易脆断,收缩率大,抗蠕变性差,制品尺寸稳定性差,低温韧性较差,耐光及抗老化性差限制了聚合物材料在结构材料领域中的拓展应用,因此,必须对PP进行改性处理。
己有的聚丙烯(PP)改性方法有共聚、接枝、交叉等化学方法,以及弹性体共混、刚性有机粒子填充、纤维增强、纯纳米粒子增强增韧等物理方法,但存在材料综合性能差、制备工艺复杂或材料成本偏高等综合问题。
本论文以PP材料的无机填料填充改性为研究对象,提出以滑石粉填充改性PP基材,且用磁性粒子Fe3O4帮助其分散的思路,以期用简单的复合工艺,廉价的改性材料,提高PP的综合性能。
论文通过用滑石粉填充改性PP,磁性粒子Fe3O4帮助其均匀分散来改善PP的综合性能。
通过制备PP/Talc复合材料研究其性能的变化,通过对复合材料力学性能的测试,来分析Talc填充改性PP的可行性。
通过DSC分析磁性粒子Fe3O4对PP及PP/Talc的成核效率及结晶度的影响,通过XRD分析PP/Talc晶型的变化,通过流变分析复合体系的流变行为,通过SEM分析Talc在PP中的分散情况,来深入探讨印证磁性粒子Fe3O4改善PP/Talc复合体系性能的原因。
关键词:Fe3O4,聚丙烯(PP),PP/Talc英文第1章绪论1.1研究背景自1957年在意大利最先实现工业化生产之后,聚丙烯迅速发展成为三大通用塑料之一,产量第二,消费量第三,且工业上对聚丙烯的需求逐年上升[2]。
1.2 聚丙烯的概述聚丙烯是在1954年由意大利的纳塔教授利用络合催化剂合成制得的具有高等规度的结晶性聚合物。
聚丙烯与聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS 等其他通用热塑性塑料相比,密度最低,其相对密度只有0.89-0.91g/cm3;透明性好,耐热性优良,能在120℃下连续使用等;聚丙烯几乎不吸水,具有良好的化学稳定性,除发烟硫酸及强氧化剂外,与大多数介质均不起化学反应,它还拥有良好的电绝缘性和较小的介电率。
滑石粉硅灰石纤维聚丙烯复合材料的制备与性能研究
作者简介:乔四高(1974-),男,工程师,主要从事塑胶成型的研究及设计方面的工作。
收稿日期:2020-07-09*通讯联系人聚丙烯(PP )作为五大通用塑料之一,广泛应用于我们的日常生活中,但PP 存在成型收缩率大,耐低温冲击性差,较易老化等缺点,不能作为高性能的工程材料[1],所以一般将PP 与其他材料共混,制成复合材料以达到改善性能的目的,满足更多环境下的需求,成本也能大幅度降低。
滑石粉是最常用的矿物填料之一,它能够改善PP 的热性能和机械性能,这种填料还可以通过减少和均匀化模塑收缩来促进PP 的成型,这种特性适用于制作无缝连接和零间隙的部件,比如汽车保险杠[2]。
硅灰石是一种链状偏硅酸盐矿物,一般呈现出针状或纤维状集合体,甚至一些微小颗粒仍呈纤维状结构,硅灰石纤维由于其特殊的晶体形态、良好的介电性能和较高的耐热性能等特性,被广泛应用于陶瓷工艺,也可用作聚合物填料,在降低成本的同时,也能改善聚合物产品的性能,高长径比的硅灰石是一种优良的填充改性剂,可用于塑料的增强,硅灰石增强塑料应用最多的就是聚丙烯[3]。
因此,本实验采用硅烷偶联剂改性的滑石粉和硅灰石纤维,研究了滑石粉和硅灰石纤维的含量对聚丙烯的力学性能,热性能及微观结构的影响,进行冲击性能和拉伸性能测试以及微观形态观察。
1 实验部分1.1 原材料聚丙烯(PP ):中国石油化工股份有限公司;滑石粉:SK -6500P ,辽宁精华新材料有限公司;硅灰石纤维:AT -0025,江西科源粉体有限公司;硅烷偶联剂:KH -171,淮安和元化工有限公司;无水乙醇:成都市科龙化工试剂厂。
1.2 主要实验仪器高混机:SHR -1.0,江苏白熊机械有限公司;缺口制样机:XQZ -J ,承德市金建检测仪器有限公司;同向双螺杆挤出造粒机:TSE -30A ,南京瑞亚福斯特高聚物装备限公司;塑料注射成型机:TTI -95G ,东华机械有限公司;微机控制电子万能试验机:CMT6104,美斯特工业系统有限公司;摆锤式冲击试验机:PIT501J ,深圳万测实验设备有限公司;滑石粉/硅灰石纤维/聚丙烯复合材料的制备与性能研究乔四高1,陈师岐2,周宴宇2,王选伦2*(1.重庆海德世控制拉锁系统有限公司,重庆 4000542.重庆理工大学材料科学与工程学院,重庆 400054)摘要:采用挤出注塑的工艺制备了不同配比的滑石粉(Talc )/硅灰石纤维/聚丙烯(PP )复合材料,研究了滑石粉和硅灰石纤维的含量对聚丙烯的力学性能,热性能及微观结构的影响。
滑石粉改性降解塑料:使用方法+注意事项
滑石粉改性降解塑料:使用方法+注意事项
滑石粉的使用方法:
(1)粉体直接加入法把滑石粉直接和塑料原料混合经双螺杆挤出机挤出造粒成为改性塑料原料,这是塑料改性中常用的方法,也是最经济的方法。
(2)无载体母粒法将滑石粉通过特殊的工艺制成一种无载体的松散的颗粒,然后再把这种颗粒和塑料原料混合,经双螺杆挤出机造粒成改性塑料原料。
采用这种方法有两个优点,一个是减少生产过程中的粉尘污染,提高改性工作环境;二是改善混料过程中的颗粒和粉料之间的分层现象,提高混合过程物料的均匀性,从而提高产品的质量。
(3)填充母粒法将滑石粉和塑料载体混合,通过挤出机造粒而成高含量的母粒,这种母粒可和塑料原料直接混合,经挤出和注射完成成品加工。
此法使用方便,但分散性不好,一些质量要求高的制品此法不行。
滑石粉使用的几点注意事项:
(1)滑石粉必需进行表面活化处理,对滑石粉表面进行活化处理,主要是改善滑石粉和塑料原料之间的相溶性,增加改性效果,应用于不同的塑料应选择不同的表面处理剂。
(2)滑石粉在塑料原料中的分散性,在相同配方的条件下,滑石粉在塑料原料中的分散性对改性料最终理化性能影响很大,在生产过程中应严格控制,影响滑石粉在塑料原料中的分散性的主要因素有配方、温度、产量、工艺过程等。
此外,当滑石粉加入量大时,可采用分步加入的办法,以达到好的分散效果。
(3)对于不同的塑料,不同的要求应选择不同规格的滑石粉,才能达到理想的效果。
这一点是很有讲究的,选择不好可能事与愿违。
因为不同的塑料,不同的制品,不同的使用条件对原料有不同的要求,所以必须进行不同的选择,才能达到理想的效果。
PPEPDM滑石粉三元体系的增韧机理研究
石河子科技总第252期中图分类号:TQ325.7文献标识码:B文章编号:1008-0899(2020)08-0026-03为了改善聚丙烯的冲击性能、低温脆性,可在其中掺入一定量的乙烯-丙烯-二烯烃三元共聚物(三元乙丙橡胶或者EPDM ),因此它们的共聚物具有多相的形态结构。
在相同的共混工艺条件下,组成比及不同聚合物组分的熔融黏度差决定着此种共聚物的形态。
当PP 与EPR 以及EPDM 具有相近的熔融指数时,所制得的共混物形态结构比较均匀。
1滑石粉填充改性聚丙烯滑石粉对PP 具有成核剂的作用,改善PP 的结晶完善性,从而提高力学性能。
用滑石粉填充PP,除了断裂伸长率稍有下降以外,弯曲强度和缺口冲击强度大大提高,降低成型收缩率。
滑石粉对PP 的刚性提高和耐热性提高作用较大,因此需要高刚性、高耐热性的PP 时经常采用滑石粉填充PP。
滑石粉填充PP 的尺寸稳定性好于碳酸钙填充PP,因此用途更为广泛,在汽车、家电等领域得到了大量应用。
2实验2.1实验仪器实验仪器主要有复合式冲击机、电子天平、拉力机、游标卡尺。
(见表1)2.2实验配方(见表2)3结果与讨论3.1滑石粉及EPDM 对PP缺口冲击强度的影响图1滑石粉及EPDM 对PP 缺口冲击强度的影响由图1看出,随着滑石粉的加入,缺口冲击强度先升后降,当滑石粉填充量在10%~20%时,体系性能最佳。
当改性滑石粉的含量较低时,在PP 中的分散均匀性较好,随着基体树脂中滑石粉含量的增加,在复合共混体系中能起到应力集中点的颗粒随之增加,体系的强度得到提高;而当改性滑石粉含量大于20%时,滑石粉粒子含量的继续增加导致其分散均匀性变差,造成界面缺陷增多,材料的韧性逐渐降低。
并且,加入EPDM 后改性PP 的冲击韧性得到了提高。
(数据见表3)3.2滑石粉及EPDM 对PP拉伸强度的影响图2滑石粉及EPDM 对PP 拉伸强度的影响从图2可以看出,滑石粉含量在20%以内材料的拉伸强度有少量增加,当滑石粉含量在20%以上作者简介:王利萍(1994~),女,汉族,江苏南通人,浙江大学宁波理工学校,研究方向:化学工程与工艺。
滑石粉增强PP
滑石粉增强PP.PP存在低温脆性、耐低温冲击强度低、刚性差、成型收缩率大、易老化等缺点。
滑石粉增强PP材料可以提高填充PP塑料的热变形温度、增加制品尺寸稳定性、降低成型收缩率、提高刚性;超细滑石粉母料的加入,作为聚丙烯的补强填充剂,不但能够显著的提高聚丙烯制品的刚性、表面硬度、耐蠕变性、电绝缘性,还可以提高聚丙烯的冲击强度,改善PP的耐冲击能力、赋予体系优良的表面性能;滑石粉还具有熔体流动促进剂的作用,以及与某些阻燃剂的协同剂作用。
丙烯中添加少量的滑石粉时,能起到成核剂的作用,细化晶粒、提高聚丙烯的结晶性,从而使聚丙烯各项机械性能提高,并且改善其透明性。
滑石粉是PP聚丙烯塑料的常用矿物粉体填料,以其丰富的资源、低廉的价格和优异的填充性能而受到广泛关注。
滑石粉填充的复合材料已广泛应用于汽车工业及日常用品其产品与未填充滑石粉的相比具有良好的表观质量、低的收缩率和较高的热变形温度,然而由于两相界面的亲和性不强滑石粉的直接填充往往导致一些力学性能的下降,从而使复合材料的应用受到限制。
对其进行表面改性处理可有效地改进滑石粉与聚合物的界面亲和性提高聚合物对滑石粉的润湿能力改善滑石粉填料在高聚物基料中的分散状态从而提高复合材料的物理力学性能。
有关矿物粉体增强的性能国内外已有许多研究,对其增强机理进行了大量的分析探讨,并对提出的机理相继建立了一些模型这些研究促进了矿物粒子增强聚合物制备复合材料的理论和实际应用。
滑石粉增强PP材料已广泛应用于汽车部件及日常用品的生产,其产品与未填充滑石粉的PP相比具有良好的表观质量、低的收缩率和较高的热变形温度,然而由于两相界面的亲和性不强,滑石粉的直接填充往往导致一些力学性能的下降,从而使复合材料的应用受到限制。
对其进行表面改性处理可有效地改进滑石粉与聚合物的界面亲和性,提高聚合物对滑石粉的润湿能力,改善滑石粉填料在高聚物基料中的分散状态,从而提高复合材料的物理力学性能。
有关矿物粉体增强PP的性能国内外已有许多研究,对其增强机理进行了大量的分析探讨,并对提出的机理相继建立了一些模型,这些研究促进了矿物粒子增强聚合物制备复合材料的理论和实际应用。
滑石粉填充改性聚丙烯性能的实验研究之一
滑石粉填充改性聚丙烯性能的实验研究之一[摘要] 本文探讨了用滑石粉填充改性聚丙烯,考察滑石粉添加量、密炼时间、转速等因素对其熔融指数等加工性能的影响,得到试验范围内最佳的滑石粉添加量及适宜的加工条件。
[关键词] 聚丙烯滑石粉加工性能填充改性聚丙烯(PP)作为一种典型的结晶高聚物,自1957年意大利Montecatinl公司实现PP工业化以来,已经成为发展速度最快、产量最大、牌号最多、用途最广的合成树脂品种之一[1~2]。
然而,PP也存在低温冲击性差、易于老化、成型收缩率大等缺点。
为此,国内从70年代中期就采用化学或物理改性方法对PP进行了大量的研究开发[3~4]。
本文以滑石粉为填料来填充改性聚丙烯,采用正交试验,根据聚合物熔体黏度(即熔融指数)及扭矩的变化,来寻找试验范围内材料加工性能最好的填料添加量及加工条件。
1. 实验部分1.1实验仪器及原料主要实验仪器:小型密炼机SU-70型常州苏研科技有限公司(中国)生产熔体流动速率试验机ZRZ-400型深圳市新三思材料检测有限公司生产实验原料:聚丙烯树脂(PP):上海石油化工股份有限公司生产,执行标准为Q/SH012.07.06,质量管理体系符合ISO9001:2000滑石粉:中美合资广西龙胜华美滑石研发有限公司生产,执行标准为2000年版《中国药典》一部,通过ISO9001:2000质量体系认证1.2 正交试验设计[5]确定因素和水平:取滑石粉添加量、密炼时间、转速3个因素,每个因素取3个水平,设计正交试验方案,因素水平见表12. 结果与讨论按照表1确定的因素水平作正交试验,结果见表2注:表中“-”表示扭矩的方向2.1 各因素对熔体温度的影响(T1、T2、T3)由表2数据可知,密炼时间由9min增加到12min时,熔体温度也随之升高。
随着滑石粉添加量的增加,熔体温度变化不大。
随着转速加快,熔体温度明显上升。
这是由于转速的大小反映了剪切力的大小。
转速越高,聚合物分子间及聚合物分子与填料分子之间的内摩擦就越厉害,从而放出的热能就越多,使熔体温度升高。
有机酸修饰滑石粉对PP复合材料力学性能的影响
山 东 化 工 收稿日期:2020-03-17基金项目:湖南省重点领域研发计划项目(2019GK2246);怀化学院科研项目(HGI201702);生物工程湖南省“双一流”学科、民族药用植物资源研究与利用湖南省重点实验室(YYZW2019-06)作者简介:曾瞬钦(1987—),讲师,硕士,主要从事高分子复合材料的研究;通迅作者:罗琼林(1988—),女,讲师,博士,主要从事高分子复合材料的研究。
有机酸修饰滑石粉对PP复合材料力学性能的影响曾瞬钦1,舒 友1,2,苏胜培2,李 勇1,黄剑英1,向德轩1,欧阳跃军1,林红卫1,胡扬剑1,罗琼林1(1.怀化学院聚乙烯醇纤维材料制备技术湖南省工程实验室,湖南怀化 418000;2.湖南师范大学化学与化工学院资源精细化与先进材料湖南省高校重点实验室,湖南长沙 410081)摘要:本文主要利用有机酸(马来酸酐、硬脂酸、钛酸酯)作为滑石粉的修饰剂,对滑石粉进行干法修饰,而后利用石蜡对滑石粉进行二次包覆制备了有机修饰滑石粉,并将其作为塑料填料填充到聚丙烯(PP)中制备了改性滑石粉/PP复合材料。
考察了修饰剂种类、修饰剂用量和填料用量对PP复合材料力学性能的影响。
为了考察有机酸改性滑石粉对PP复合材料力学性能的影响,本论文还利用了硬脂酸与钛酸酯作为修饰剂,制备了改性滑石粉/PP复合材料。
实验结果表明:当马来酸酐修饰剂用量为5%,填料用量为10phr时,马来酸酐改性滑石粉/PP复合材料的综合力学性能最佳。
DSC测试表明修饰剂和滑石粉的添加能够提高PP复合材料的Tm,使聚合物的结晶更完全,增强了PP复合材料的耐热性;TGA测试表明修饰剂改性滑石粉/PP复合材料在380℃范围内具有好的热稳定性。
关键词:聚丙烯;滑石粉;大分子酸;力学性能中图分类号:TQ342+.6 文献标识码:A 文章编号:1008-021X(2020)11-0016-04EffectofTalcPowderModifiedbyOrganicAcidonMechanicalPropertyofPPCompositesZengShunqin1,ShuYou1,2,SuShengpei2,LiYong1,HuangJianying1,XiangDexuan1,OuyangYuejun1,LinHongwei1,HuYangjian1,LuoQionglin1(1.HunanEngineeringLaboratoryforPreparationTechnologyofPolyvinylAlcoholFiberMaterial,HuaihuaUniversity,Huaihua 418000,China;2.NationalandLocalJointEngineeringLaboratoryforNewPetro-chemicalMaterialsandFineUtilizationofResources,HunanNormalUniversity,Changsha 410081,China)Abstract:Inthisthesis,talcpowderwasmodifiedbydrymodificationusingorganicacids(maleicanhydride,stearicacid,titanate)asmodifieroftalcpowder,andthenorganicmodifiedactivetalcpowderwaspreparedbysecondarycoatingoftalcpowderwithparaffin,andwasfilledintopolypropylene(PP)asplasticfillertopreparemodifiedtalc/PPcomposite.Theeffectsoftypesofmodifiers,dosageofmodifiersandfillersonthecomprehensivemechanicalpropertiesofPPcompositeswereinvestigated.InordertoinvestigatetheinfluenceoforganicacidsmodifiedtalcpowderonthemechanicalpropertiesofPPcomposites,thispaperalsousedstearicacidandtitanateasmodifierstopreparemodifiedtalcpowder/PPcomposites.TheexperimentalresultsshowthatWhenthedosageofmaleicanhydridemodifieris5%andfilleris10phr,thecomprehensivemechanicalpropertyoftalcpowder/PPcompositesmodifiedbymaleicanhydridearethebest.DSCtestshowedthattheadditionofmodifierandtalccouldimprovetheTmofPPcomposites,makethecrystallizationofpolymermorecomplete,andenhancetheheatresistanceofPPcomposites.TGAtestshowsthattalc/PPcompositemodifiedbymodifierhasgoodthermalstabilityat380℃.Keywords:polypropylene;talcpowder;macromolecularacids;mechanicalproperty 聚丙烯(PP)是由丙烯经聚合反应或多种工艺方法而制得的一种具有多种结构和性能的通用热塑性树脂[1-3],是结构简单的高分子有机化合物。
PP_无机粒子复合材料冲击性能的结构影响因素分析
广东化工 2010年第1期· 50 · 第37卷总第201期PP/无机粒子复合材料冲击性能的结构影响因素分析王元春1,吴成宝2(1.广东水利电力职业技术学院机械工程系,广东广州 510635;2.华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州 510640)[摘要]从无机粒子的粒径、分散、含量,无机粒子-PP界面层形态,树脂的本征韧性等材料结构角度分析了影响PP/无机粒子复合材料冲击性能的因素。
在此基础上提出影响因素的定量表征和多因素分析是今后的重要研究方向。
[关键词]无机粒子;聚丙烯;复合材料;冲击性能[中图分类号]TQ327 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2010)01-0050-03Influencing Structure Fators Analysis of Impact Strength of PP/Inorganic ParticleCompositesWang Yuanchun1, Wu Chengbao2(1. Department of Mechanical Engineering, Guangdong Technical College of Water Reresource and Electric Engineering, Guangzhou 510635;2. School of Mechanical and Automotive Enigineering, South China University ofTechnology, Guangzhou 510640, China)Abstract: The mathematic models for predicting tensile strength of inorganic particle filled polypropylene composites were reviewed. The influencing factors of composites structure on tensile strength were analyzed. Finally, it was poited that quantitative characterazation of influencing factors and multiple factor analysis were the futher research directions.Keywords: inorganic particle;polypropylene;composites;impact property聚丙烯树脂(PP)是一种通用的热塑性塑料,它具有密度小,力学性能好,易于成型加工,以及耐腐蚀等一系列优点,因而自20世纪60年代实现工业化生产以来,发展迅速。
滑石粉及其添加方法对聚丙烯材料结晶形态的影响_雷华
材料在其服役期间 , 会不可避免地发生老化 , 然而各种稳定 剂都有其不足的地 方 。 主抗氧 剂与辅 助抗氧 剂的协 同效应 , 可 更加有效地达到抗氧 化效果 ;有机型 光稳定 剂和无 机型光 屏蔽 剂的复合 , 能部分弥补各 自的不 足 。 因此发 展复合 多功能 抗老 化剂是抗老化技术发 展的主要方向 。
1 试验部分
1.1 原材料
聚丙烯 :J700, 北京燕山石化公司 ; 滑石粉 :平均粒径 为 38、 25、8、 5μm, 苏 州华 夏 矿业 有限 公
司;
钛酸酯偶联剂 :NDZ101, 南京曙光化工厂 ;
EPDM:市售 。
1.2 样品 的制 备
将滑石粉和 EPDM在 150℃下烘 2h后 , 加入偶联 剂混合 均
匀后按不同配比与 PP经双螺 杆挤 出机 挤 出造 粒 , 注塑 成尺 寸
为 100mm×4mm×10mm的样条 。
1.3 不同规格滑石粉数均粒径 Dn的统计
将不同规格滑石粉用 偶联剂 分散后 , 涂覆 一薄层 在载玻 片
上 , 在 OlympusPMG3显微镜上配合 IAS4图像 分析系 统观察 形
表 1 不同滑石粉填充聚丙烯材料体系
填充体系
A1
A
A2 A3
A4
B1
B2
B B3
B4
B5
C1
C2
C 加入量 Wf/%
10 10 10 10 10 20 30 40 50 10 10 10 10 10 10 10 10
NDZ101 〔C〕 /%
2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 0.0 2.5 4.0 5.5 7.0 2.5 2.5 2.5
滑石粉的表面改性及其对填充PP性能的影响
滑石粉的表面改性及其对填充PP性能的影响项素云田春香孙彩霞(大连理工大学,辽宁大连116012)摘要:滑石粉的表面改性处理,对提高与改善填充塑料的性能至关重要。
本文报道采用钛酸酯、铝酸酯、硼酸酯等偶联剂,对滑石粉等填料进行表面改性处理的研究结果,通过接触角、活化率、吸油量等实验方法对改性效果进行了研究,其结果有助于筛选偶联剂。
通过红外光谱、DSC扫描、电镜等手段研究滑石粉等填充PP的结晶性能、结晶行为、微观结构,说明滑石粉在填充PP中的改性机理与对性能的改善。
1 偶联剂作用机理滑石粉的表面有亲水性基团,并呈极性,而多数塑料有疏水性,两者之间的相容性差;同时,越细的滑石粉,加工过程中越易于团聚而最终影响填充塑料的性能。
因此,为了改善两者之间的界面结合,必须采用适当的方法对滑石粉进行表面改性,也称为表面活化处理。
应用偶联剂处理填料的改性方法是应用最广、发展最快的一种技术。
偶联剂的分子中通常含有几类性质和作用不同的基团,其功能是改善填料与聚合物之间的相容性,从而增强填充复合体系中组分界面之间的相互作用[1]。
作用机理最早且比较完善的一种理论是化学键理论,该理论认为偶联剂分子中的一部分基团与无机填料表面的化学基团反应,形成强固的化学键合,而另一部分基团有亲有机物的性质,可与有机高分子反应或形成物理缠结,从而在无机相和有机相之间起了连接的桥梁作用,把两种不同性质的材料牢固的结合起来[2]。
目前偶联剂品种很多,如硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、铝钛复合类、硼酸酯类、稀土类及硬脂酸盐等。
偶联剂的选择应综合考虑填料表面结构、性质,偶联剂酸碱性、中心原子的电负性、几何结构和空间位阻等因素[3]。
偶联剂的用量一般都有最佳用量,低于此值,填料活化处理不彻底;而高于此值,填料表面会形成多层物理吸附的界面薄弱层,从而造成制品强度下降。
所谓最佳用量,按经典理论即是处理剂在填料颗料表面上覆盖单分子层的用量[4]。
本文主要研究钛酸酯、铝酸酯、硼酸酯等偶联剂对滑石粉等填料表面改性,通过几种方法评价活化效果,确定最佳偶联剂类型及其用量;并对滑石粉填充聚丙烯的性能与结构进行了研究。
不同粒径滑石粉及含量对聚丙烯材料性能的影响
14俞飞等不同粒径滑石粉及含量对聚丙烯材料性能的影响不同粒径滑石粉及含量对聚丙烯材料性能的影响俞 飞,吴国峰,陈延安(金发科技股份有限公司,广东广州510663)摘要:先后利用不同种类的滑石粉增刚聚丙烯,并对不同滑石粉含量增刚效果进行对比研究。
研究表明,特殊径厚比的滑石粉增刚效果明显优于普通滑石粉,在PP-TD体系中,滑石粉TYT-777A含量30%时,弯曲模量达到4111MPa,较纯PP提升了93.7%,热变形温度达到128℃,较纯PP提升了18℃;滑石粉HAR T84含量30%时,弯曲模量达到4313MPa,较纯PP提升了103.3%,热变形温度达到130℃,较纯PP提升了20℃。
该研究对汽车改性聚丙烯行业有着重要的指导意义。
关键词:聚丙烯;滑石粉;弯曲模量;收缩率;热变形温度;增刚中图分类号:TQ 325.14;TQ 327.8Eff ects of Diff erent Particle Sizes and Contents of Talc on the Properties of Polypropylene MaterialsYU Fei, WU Guo-feng, CHEN Yan-an(Kingfa Sci & Tech. Co., Ltd., Guangzhou 510663, Guangdong, China)Abstract: In this paper, diff erent kinds of talc powder were used to strengthen polypropylene and the eff ect of diff erent talc powder content on polypropylene was studied. Research shows that the stiff ening eff ect of talc with special diameter-to-thickness ratio is signifi cantly better than that of ordinary talc. In the PP-TD system, when the content of talc TYT-777A is 30%, the fl exural modulus reaches 4111 MPa, which is 93.7% higher than that of pure PP,and the heat distortion temperature reaches 128 °C, which is 18 °C higher than pure PP. When talc HAR T84 content is 30%, the fl exural modulus reaches 4313 MPa, which is 103.3% higher than pure PP, and the heat distortion temperature reaches 130 °C, which is 20 °C higher than pure PP. The research in this article has important guiding signifi cance for the automotive modifi ed polypropylene industry.Key words: polypropylene; talc; fl exural modulus; shrinkage; HDT; stiff ening聚丙烯(PP)是四大通用塑料之一,具有密度低、成型性能良好、无毒环保以及易回收等有点,在汽车、家电、电子电器等行业广泛应用[1-3],在这些领域中针对特定的项目需要特定的增刚聚丙烯才能满足零部件要求,如汽车空调壳体、空滤壳体需要较高的拉伸和弯曲模量的聚丙烯,而对于低收缩保险杠、低收缩翼子板等特定的项目则需要较低的收缩率和较低的线性膨胀系数的改性聚丙烯材料。
滑石粉对高密度聚乙烯力学性能的影响
滑石粉对高密度聚乙烯力学性能的影响
杨康;麻玉龙;张怡;王聚恒;黄晓枭;钟安澜
【期刊名称】《塑料工业》
【年(卷),期】2022(50)12
【摘要】利用滑石粉增强改性高密度聚乙烯。
研究滑石粉添加量对高密度聚乙烯
力学性能的影响规律。
结果表明,高密度聚乙烯力学性能随着滑石粉含量增加逐渐
提升,同时高密度聚乙烯加工、耐热、耐酸碱及耐老化等性能也获得不同程度改善。
当滑石粉质量分数为20%时,聚乙烯熔体质量流动速率为8.1 g/10min,拉伸强度为37.2 MPa,断裂伸长率为682.1%,缺口冲击强度为47.2 kJ/m^(2),弯曲模量为654.2 MPa,增强增韧效果显著,表现较好的刚韧平衡性能。
【总页数】5页(P52-56)
【作者】杨康;麻玉龙;张怡;王聚恒;黄晓枭;钟安澜
【作者单位】贵州省冶金化工研究所;贵州省纳米材料工程中心;贵州聚兴塑业有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ327.8
【相关文献】
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材料电磁屏蔽和力学性能的影响5.磷石膏、赤泥对高密度聚乙烯复合材料力学性能的影响
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第18卷第1期高分子材料科学与工程V o l.18,N o.1 2002年1月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G Jan.2002滑石粉填充PP材料中颗粒分布分形特征及其与冲击性能的关系Ξ徐 涛1,雷 华2,于 杰2,金志浩3(1华中科技大学材料学院,湖北武汉430074;2贵州省工程复合材料中心,贵州贵阳550001;3西安交通大学材料学院,陕西西安710049)摘要:考察了滑石粉填充PP材料颗粒分布的分形特征,提出了用分形维数D定量描述复合材料第二相颗粒在基体中的分散状况,通过对比D与冲击强度的关系,发现不同填充体系均存在一临界D c值,在此分形维数下冲击强度发生转折。
同时,通过测定材料冲击断面的粗糙度参量R s,结果显示R s同样也会发生与冲击强度相对应的转折变化。
关键词:聚丙烯;分形分布;颗粒填充;断面粗糙度参量中图分类号:TQ325.1+4 文献标识码:A 文章编号:100027555(2002)0120135205 分形理论是B.B.M andelb ro t创立的,其研究对象是自然界和社会领域广泛存在的无规则但具有自相似性的系统,自其创立以来,已广泛地应用于各个学科领域。
对于材料科学,分形理论的研究工作多集中在金属、矿石类材料[1,2],而在高分子科学中的应用则起步较晚,但最近也越来越引起人们的关注[3~7]。
本文通过研究聚丙烯 滑石粉复合体系中颗粒第二相在基体中分布的分形特征,试图用分形维数定量描述第二相在基体中的分散状况,并考察分形维数参量与材料冲击性能的关系。
1 实验部分1.1 原料聚丙烯:广州银珠聚丙烯有限公司生产的J700;滑石粉:400目、800目、1250目、2500目,苏州华夏矿业有限公司产品;钛酸酯偶联剂(ND Z101):南京曙光化工厂产品。
1.2 试样制备将滑石粉在150℃烘2h后加入偶联剂,混合均匀后与PP粒料经双螺杆挤出机挤出造粒,注成一定形状及尺寸(100mm×4mm×10 mm)样条。
1.3 性能测试1.3.1 图像分析:试样经适当处理后,在O lym p u s PM G3显微镜上配合I A S4图像分析系统观察形态,扫描视场数20,放大倍数500,扫描视场随机选择,用图像处理系统专用软件对图像进行处理,分别计算出填充第二相颗粒尺寸和分布状况的表征量[7]:数均直径D n和分布宽度系数C d,其中:D n=2n i D i 2n iC d=D w D n(D w=2n i D2i 2n i D i)同时对不同填充体系,统计出对应于粒径r的填料质量分数C(r)。
1.3.2 冲击性能测试:在万能制样机上将样条制成所需尺寸(60mm×4mm×10mm)的Charp y冲击试样,缺口深度为3mm,缺口根部曲率半径R为0.25mm,在XJJ250冲击实验机上进行冲击性能测试,实验温度为20℃。
1.3.3 断面粗糙度参量R s的测量:断面轮廓线粗糙度参数RL被定义为断口剖面轮廓线真Ξ收稿日期:2001203224 基金项目:贵州省省长资金资助,贵州工业大学校基金资助项目(99-312) 作者简介:徐 涛,男,博士后.实长度与其在特定方向上投影长度的比值。
断面粗糙度参量R s (断面真实面积与投影面积的比值)可根据(1)式得到[8]R s =4(R L -1) (Π+1)(1)R L 的测量在I A S 4图像分析系统上进行,采用15J 工具显微镜测量断面轮廓线投影长度。
F ig .1 The sche me of relation sh ip between nu mber andradiu m [5]2 结果与讨论2.1 理论基础由离散体构成的自然分形,比如岩石的破碎体和宇宙的星球分布等,其盒维数可定义为[1]:N(r )=K r-D(2)式中:N (r )——特征尺寸大于r 的离散体数目;K ——材料常数。
(2)式的另一种形式称为数目~半径关系,即用具有不同半径r 的圆来覆盖自然体,然后数出半径r 的圆内所包含的离散体数目M (r )(见示意图F ig .1所示),如该离散体是分形分布,则数目与半径之间存在如下关系:M(r )=K rD(3)由(3)式所获得的维数D 称为集束维数。
2.2 分形维数的计算 根据上述分形理论,假如粒径分布服从分形分布特性,则对应一粒径r ,有小于r 的填料质量分数C (r )与粒径r 成如下关系[1]:C (r )∝rD(4)式中:r ——粒径;C (r )——小于r 的填料的质量分数;D ——粒径分布的分形维数。
用ln (C (r ))对ln (r )作图,其斜率即为粒径分布分形维数D 。
F ig .2(a ~c )为A 、B 、C 3种填充体系的ln (C (r ))与ln (r )关系图,T ab .1为不同填充体系ln (C (r ))与ln (r )的相关系数R 及D 值计算结果。
从结果可以看出ln (C (r ))对ln (r )显示良好的线性关系,说明在本实验范围内填充颗粒粒径分布服从分形分布特征。
从T ab .1中颗粒粒径分布宽度系数C d 和D 值的变化规律可以看出:体系A 中,随原始颗粒粒径下降,C d 增大,表明基体中第二相颗粒粒径分布变宽,说明原始颗粒越细的填料在基体中越不易分散,容易发生团聚现象,此时D 呈下降趋势;体系B 中,填料表面处理和原始粗细程度相同,用量不同,随用量增加,C d 呈增大趋势,说明基体中填料粒径分布变宽,反映出随填料用量增加,填料分散效果下降,颗粒聚集程度加剧,而D 值同样也呈下降趋势;体系C 中,如果填料不经表面处理,则填料在基体中不F ig .2 The measure men t of fractal di m en tion of particle distr ibution under differen t f illi ng syste m631高分子材料科学与工程2002年 Tab.1 The d istr ibution fracta l(D)under d ifferen t f illi ng syste mF illing systemSpecificati onof tale(m eshes)F illing content(%)ND Z101(%)A verage particle size(mm,×103)C dD Co rrelati onfacto r(R)A A1400102.538.081.321.76180.9139A2800102.529.411.461.73440.9647 A31250102.511.911.541.68470.9036 A42500102.511.453.121.25360.912 B B11250102.511.911.541.68470.9036B21250202.5141.851.64180.8714 B31250302.521.0532.481.60660.9357 B41250402.522.73.011.54040.9804 B51250502.526.53.451.46190.9636 C C1125010021.8713.721.39880.904C21250102.511.911.541.68470.9036 C312501049.131.231.81860.9012 C41250105.58.211.151.97320.9476C512501078.171.132.12450.9147F ig.3 The relation sh ip between notch i m pact strength(Ρi)and D under differen t f illi ng syste m易分散,同样会加剧颗粒的聚集程度,使其分布宽化,随分散剂用量的增加,C d减小,表明颗粒粒径分布趋于均匀,分布变窄,粒子聚集程度下降,同时D呈增大趋势。
从以上分析可以得到:填料在基体中越不易分散,团聚程度越大,颗粒粒径分布越宽,D值越小,即分形维数D实际表征了第二相颗粒在PP中的粒径分布宽度或分散程度的大小。
2.3 填料分布特征对材料冲击性能的影响 不同填充体系下颗粒粒径分布分形维数与冲击强度的关系如F ig.3所示,结果表明,冲击强度的转折变化对于3种填充体系均出现在填料分布分形维数D为1.6~1.7处,因而存在一临界分布分形维数D c,在该临界值下,对于体系A、B冲击强度出现极大值,对于体系C冲击强度急剧上升,出现韧2脆转变现象,根据文献[9]提出的公式,将该公式中计入颗粒分散度参量D的影响得:T(d,D,5)=d[(Π 65)1 3exp(1.5ln2D)-exp(0.5ln2D)](5)式中:5——颗粒的体积分数。
根据(5)式计算出冲击强度的单参数函数2粒间基体层厚度T,得到如F ig.4所示的脆韧转变主曲线,结果显示临界基体层厚度T c约为4Λm,与文献[10]所得结果(5Λm)大致相同,该现象可用逾渗模型解释:当T<T c,颗粒间应力集中的叠加超过基体剪切屈服应力,基体层发生剪切屈服,随T的继续减小,发生剪切屈服的基体层数目不断增加且相互连接,当T=T c,剪切屈服带相互贯731 第1期徐 涛等:滑石粉填充PP材料中颗粒分布分形特征及其与冲击性能的关系F ig .4 Notch i m pact strength (Ρi )vs matr ix ligamen tth ickness (T )for f illi ng syste m CF ig .5(a ) The effect of particle size on fractureroughnessF ig .5(b ) The effect of f illi ng quan tity of talc on fractureroughness F ig .5(c ) The effect of modif ier con ten t on the fractureroughness通,材料发生脆韧转变[11]。
F ig .4的结果同样证明了第二相颗粒在基体中的分布分维值D 表征了其分散度。
如前述D 值表征了第二相颗粒在PP 中的分散度,D 值越大则分散越好、团聚度越小,F ig .3结果表明影响冲击强度的因素不仅有表征填料颗粒在基体中分散程度的D 值,而且还有原始颗粒粒径的大小、填料的加入量等因素。
对于填充体系A 、A l 、A 2,虽然D 值大,颗粒分布较均匀,团聚程度较小,但由于其颗粒粒径偏大,所引起的应力集中程度增大,因而使冲击强度下降,A 4虽然其颗粒粒径小,但填料在基体中不易分散,D 值小,容易产生严重的团聚现象而导致断裂易沿颗粒间穿过,冲击强度下降,只有在颗粒大小和分布配合比较合适的条件下对冲击强度最为有利,反映出如F ig .3(a )所示的极大值现象;体系B 中,在加入量30%处其冲击强度达到最大值,反映出过多的填充会引起填料团聚程度增大,分散不佳,对冲击强度不利,过少的填料可能对材料的补强作用不明显,亦导致较低的冲击强度;体系C ,随填充剂的增加,其D 值呈增大趋势,表明颗粒粒径分布趋于均匀,同时粒径也逐渐减小,特别在D c 处急剧下降,因而对冲击强度有利并使其大幅上升。