二氧化硅纤维／聚丙烯结晶性能及力学性能的研究

（Ｐ ） ｂ ｅｓ ｇ ｃｅ ｘ ｕ ｅ ｅ ｅｃｍ ｏｉ ｓ Ｅ ｂ ｅ ａｉ ｈ ｗ ｄｔａ ｎＳ ａ ｖｎｄｓ ｉＰ ｙｔ ｉ ｌ ｓｒｗ ｅ ｔ ｄ ｒ ｏｇｔ ｈ ｏ ｐ ｓ ｅ．Ｓ Ｍ ｏ ｓｒ ｔ ｎｓｏ ｅ ｈｔ 。Ｆｈ ｄｅｅ ｉ ｈ ｎｅ ｒ ｔ ｔ ｔ ｖ ｏ －
ｆｃ ｅｅｄｖｌｐ ｄｔｒｕ ｈ ｔｅｅｅｔ 。 ｉｎｎ ｏ ｂｎｄ ｗｔ ｏ。ｅ ｏ ｔ ｅ ｙ ｏ ｈ ｓ ｉ ｔ （ Ｅ Ｓ ． ａ ｅｗ ｒ ｅｅ ｅ ｏ ｇ ｈ ｌ ｒ ｓ ｎ ｉｇｃｍ ｉｅ ｉ ｓｌ ｌ ｆｔ ｒ ｔ ｌ ｒ ｏｉｃ ｅ Ｔ Ｏ ） ｏ ｈ ｃｏ ｐ ｈ ｇ ｅ ａ ｈ ｔ ｌａ
ｎ ａ ＰＰ． Ｔｈ ｍｐ ｃ ｅ ｉｔ ｎ ｅ ｏ ｏ ｏ ｉ ｓ ｉ ｒ ａ ｅ ｉ ｎｆｃ ｎｔ ｅ ｔｉ ｅ ｉ ａ ｔｒ ｓｓａ ｃ ｆｃ ｍｐ ｓｔ ｎｃ ｅ ｓ ｄ ｓｇ ｉ ａ ｌ ｅ ｉ ｙ． Ｋｅ ｗｏ ｄｓ：Ｓ ｌｃ ｙ ｒ ｉｉａ； Ｐ Ｐ； Ｆｉ ｒ Ｉ ｂｅ ； ｍｐａ ｔＰｒ ｐ ｒｉｓ ｃ ｏ ｅ ｔｅ
击性能大幅上升 。
关键词 ：二 氧化 硅 ；聚丙烯 ；纤维 ；冲击性能
中 图分 类号 ：Ｔ ３ ５ １ Ｑ ２ ． ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ ５ ７ （０ １ ７— ０ ７— ５ ０ ５— ７ ０ ２ １ ）０ ０ ８ ０
Ｓｔ ｄｙ ｏ ｈ ｙ ｔ ｌｉａ ｊ ｎ ｎｄ Ｍ ｅ ｈａ ｉ ａ ｏ ｒ ｉ ｓｏ ｉｉａ Ｆｉ ｒ Ｐｏ ｙ ｏ ｙ ｅ ｅ ｕ ｎ ｔ ｅ Ｃｒ ｓａ ｌｚ ｔｏ ａ ｃ ｎ ｃ ｌＰｒ ｐｅ ｔｅ ｆ Ｓ ｌｃ ｂｅ ／ ｌ ｐｒ ｐ ｌ ｎ
Ｔ ｃｎｌｇ ，Ｂ ｉｎ ００ ９ ｅｈｏｏｙ ｅ ｉｇ１０ ２ ，Ｃ ｉａ ｊ ｈ ； ｎ
３ Ｋ ｙＬｂ ｒｔ ｒＮ ｎ 。 ａ ｒ ｌ ｏ Ｍｉｉｒ ｆ ｄ ｃｔ ｎ ｅ ｉ ｎｖｒ ｔ ｏ ｈｍｉ ． ｅ ａｏａ ｒ ｆ ａｏｍ ｔ ｉ ｓ ｆ ｎｓ ｏ ｕａ ｏ ，Ｂ ｉｎ Ｕ ｉ ｓｙ ｆ ｅ ｃ ｏ ｏ ｙ ｅ ａ ｔ ｙ Ｅ ｉ ｊｇ ｅ ｉ Ｃ Ｍ Ｔ ｃ ｎｌ ｙ ｅ ｉｇ１０ ２ ，Ｃ ｉａ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ９ ｈｎ ） ｏ ｊ
ｐ ｒ ｉｎ ａ ｄ ｇ ｏ ｎｅ ｆ ｃ ｎ ｔ ｅ ｉ Ｐ ｍａ ｒ ． Ｐ Ｍ ｅ ｎ ｔａｅ ｈ ｔｎ Ｓ ｅ ｕ ｔ ｄ ｉ ｈ ｒ ｉ ｅ ｎ ｍｅ ｔｏ ｅ ｓ ｎ ｏ ｄ ｉ ｔｒ ｅ ｉ ｈ Ｐ ｔ ｘ ｏ ａ ｉ Ｌ ｄ ｍｏ ｓｒ ｔ ｄ ｔ ａ — Ｆ ｒ ｓ ｌ ｎ ｔ ｅ ｇ ａ ｎ ｒ ｆ ｅ ｎ ｆ ｅ ｉ
１３ ４ ｎＳ ／Ｐ ． ． Ｆ ｉＰ复合 材料 的制备
Ｊ ｎｏ ａｈｙ 司；等规 聚丙 烯 （Ｐ ） ８０ ， ｏ ｓ Ｍ ｔｅ 公 ｈ ｎ ｔ ｉＰ ：Ｋ ３ ３
ＺＨＡＮＧ ｎ —ｅ ，， Ｗ ＥＮ ｉｐｅ ｇ ，， ＺＨＡＮＧ － ｕ ＇ ， ＸＵ — ｉ ，， Ｐｅ ｇ ｆ ｉ ２３ １ Ｓｈ － ｎ ， Ｌｉｑ ｎ ， Ｒｉｗｅ ２３ １
， ，
Ｌ Ｕ ，， Ｉ Ｌｉ ２３ １
（ ． Ｋ ｙＬ ｂｒｔ ｙｏ ａｂｎＦｂｒａｄＦ ｎｔ ｎｌ ｏ ｍ ｒ １ ｅ ａｏａ ｒ ｆ ｒｏ ｉ ｎ ｕ ｃｉ ａ Ｐ ｌ ｅ ，Ｍｉｉｒ ｆ ｄ ｃｔ ｎ ｅｉｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｈｍｉ ｌ ｏ Ｃ ｅ ｏ ｙ ｎｓｙｏ Ｅ ｕａ ｏ ，Ｂ ｉｎ ｎｖ ｓｙ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｊ ｅ ｉ Ｃ ａ
（Ｐ ）通过 单螺杆挤 出机制得复合材料 （ —Ｆ ｉＰ 。电子 扫描显微 镜表 明 ，ｎｓ ｉＰ ｎＳ ／Ｐ ） —Ｆ在 ｉＰ基体 中分 布均匀 ，界 面结合 Ｐ
良好 ，偏光显微镜 （ Ｌ Ｐ Ｍ）显示 ，ｎｓ —Ｆ的加 人使 得 ｉＰ晶粒细化 ，Ｘ Ｄ计算知 Ｊ Ｐ Ｒ Ｂ晶型相对含量约 为空 白样 的 ２倍 ，冲
ｉＰ Ｘ Ｄ ｃｌ ｌｔ ｎｒｖ ａ ｅｒｌ ｉｅ ｙｔｌ ｏ ｔｎ ｏ ｍ ｏｉ ｓ ｎ ｒａｅ ｍｅ ｓ ｏ ａｅ ｉ Ｐ ． Ｒ ａｃ ａｉ ｅｌ ｔ ａ ｖ ｃ ｓ ｎｅ ｔ ｆ ｏ ｐ ｓｅ ｃｅｓｓ ｏ ｔ ｓ ｍｐｒｄｗ ｔ ｕ ｏ ｅ ｓｈ ｅ ｔ ｐ ｒ ａ ｃ ｃ ｔ ｉ ｔ２ ｉ ａ ｃ ｈ
聚丙 烯 （ Ｐ 因 其 强 度 高 、 高 频 电 绝 缘 性 好 、 Ｐ）
耐 热性 强 等 诸 多 优 异 的 机 械 性 能 及 热 性 能 而 备 受 欢
强增 韧 材料 的 强度 与韧性 ，以及 ｉＰ的结 晶形 态 Ⅲ 的 Ｐ ２
改 变等 可 以实现 ｉＰ制 品 的刚性 、韧性 Ｊ Ｐ 、热 变形 温
本文 利用静 电纺丝技 术 制 备 了一 种 直 径 约 ５０ｎ 的 ０ ｍ 二氧 化硅纤 维 ，并且 其表 面 附有二 氧化硅 粒子 。与传 统粉 体 、纤 维材 料 相 比 ，该 纤 维 结合 了两 者 的 特点 ， 即线 形纤 维与球 形粒 子 的结合 ，将 体现 它 作为 ｉＰ增 Ｐ
迎 ，被 广泛 应 用于 工业 制 品 、 日用 品 、包 装 薄膜 、纤 维 、涂 料 等领 域 。但 也 因其 低温 韧性 差 、缺 口敏感 性 强 、易 老化 等 缺点 而 限制 源自文库其应 用 。这是 由于聚丙 烯 是 半结 晶性 聚 合物 ，内部存 在较 大 尺寸 的球 晶 ，造成 聚丙烯 的抗 冲 击强 度低 、制 品 的后 收缩 现象严 重 ，在 实 际应 用 中不具 备 足够 的 刚性 、尺 寸稳定 性 … 。 为 了改 善 等规 聚 丙 烯 （Ｐ ） 性 能 上 的不 足 ，常 ｉＰ 见 的方 法是 在 ｉＰ中共混 部分 增强 增 韧材 料 ，结 合 增 Ｐ
摘要 ：结合正硅 酸乙酯 （ Ｅ Ｓ Ｔ Ｏ ）溶胶 一 凝胶反 应原理 ，通过静 电纺丝技术 制备 了表面附有 ＳＯ 粒 子 （ ｉ 硅球 ） 的
纳米 ＳＯ： ｉ 纤维 。纤维经 一甲基 丙 烯 酰 氧基 丙 基 三 甲氧 基 硅烷 （ Ｈ ７ ） 预 处 理后 （ 。Ｆ） Ｋ ５０ ｎＳ ，首 次 与等 规 聚 丙烯
本文 主要 研究 了 ＳＯ， 维在 ｉＰ中的分散 和界 面 ｉ 纤 Ｐ 结合 效果 ，探讨 并分 析 了 由纤 维 引起 的 ｉＰ中 口晶含 Ｐ 量 、结 晶热力 学 的变 化 以及对 ｉＰ复 合 材料 冲击 性 能 Ｐ
的影 响 。
加热 到 ３ ５ｏ ２ Ｃ，保 温 ６ｈ ，继续 升 温到 ８０℃ 下煅 烧 ０ ０ ５ｈ后 ， 自然冷 却 到室温 ，得 到 ＳＯ 纤 维 薄膜 。此 ． ｉ： 纤维 薄膜 再经 研 磨 后 ，置 于 水 中 ，超 声 粉 碎 ２ ｒｎ ０ ｉ， ａ
第３ ９卷第 ７期
２ １ 年 ７月 ０１
塑 料 工 业
Ｃ Ｎ Ｐ ＡＳ Ｉ Ｎ ＨＩ Ａ Ｌ Ｔ ＣＳ Ｉ ＤＵＳ ＲＹ Ｔ
二氧化硅纤维／ 聚丙烯结 晶性能及力学性能的研究 术
张鹏 飞 ，温世鹏 ，张立 群 ，徐 日炜 ，刘 力 ， ３ ，
（ ．北京化工 大学碳 纤维及功能高分子材料 教育部重点实验室 ，北京 １０ ２ ；２ １ ００ ９ ．北 京市新型高 分子材料制备 与加工重点实验室 ，北京 １０ ２ ；３ ０ ０ ９ ．教育部纳米材料重点实验室 ，北京 １０ ２ ） ００ ９
度 、蠕 变性 能及 表 面光泽 度等 物理 力学 性 能与加 工性
能的 改善 ，从 而 提 高 制 品 的使 用性 能 ，拓 宽 应用
领域 。
传统的增 强增韧材料 主要包括玻 璃微珠 、高 岭
土 、二 氧 化 硅 、玻 璃 纤 维 、生 物 纤 维 及 高 分 子 纤 维
等。与粉体材料相比，纤维增强材料由于具有大的长 径比，并且可 以在基体 中形成有序排列 ，有利于提高 材料的力 学性能 ，特别是材料 的冲击性能 。静 电纺
Ｔ ｃｎｌｇ ，Ｂ ｉｎ ００ ９，Ｃ ｉａ ｅｈ ｏｏｙ ｅ ｉｇ１０ ２ ｊ ｈｎ ；
２ Ｋ ｙＬ ｂｒｔ ｙｏ ｅ ｉｇＣｔ ｏ ｒｐｒｔ ｎａｄＰｏｅｓ ｇｏ ｏｅ Ｐ ｌ ｒＭａ ｒ ｌ，Ｂ ｉｎ ｎｖｒｔ ｏ ｈｍ ｃｌ ． ｅ ａｏａ ｒ ｆ ｉｎ ｉ ｎＰｅａａｏ ｎ ｒｃｓ ｎ ｆ ｖｌ ｏ ｍｅ ｏ Ｂｊ ｙ ｉ ｉ Ｎ ｙ ｔ ｉ ｓ ｅｉｇＵ ｉｅ ｉ ｆ ｅ ｉａ ｅａ ｊ ｓｙ Ｃ
溶液 自然 挥发 干燥后 得到 表面 附有 ＳＯ 粒 子 （ 球 ） ｉ 硅 的 ＳＯ 短 纤 维 。纤 维 直 径 ５ ０ ｒ ｉ ０ ｉ ｍ，长 度 约 ｌ ｍ， ０
１ 实 验 部 分
１ １ 主要 原料 与试 剂 ．
正硅 酸 乙酯 （ Ｅ Ｓ） Ｔ Ｏ 、Ⅳ，Ⅳ 一二 甲基 甲 酰 胺 （ ＭＦ 、二 甲基 亚 砜 （ ＭＳ 、乙 醇 （ ｔ Ｈ） Ｄ ） Ｄ Ｏ） ＥＯ ：美 国 Ｓｇ ａＡ ｄｉｈ公 司 ；盐 酸 ：北 京 化 工 厂 ； 白炭 黑 ： ｉｍ 。 ｌｒ ｃ
Ａｂｔａｔ Ｔ ｅｅｅｔ ｓｕ ｉ ｎｎ 。ｂｒ ｉｃｒｏａ ｄｗ ｔ ＳＯ２ａ ｏｐ ｒｃｅ （ 。Ｆ ｏ ｂ ｒｓｒ ｓ ｃ ： ｈ ｌ ｒ ｐ ｎＳＯ２ ａ ｏｆ ｅｓ ｎ ｏｐ ｒｔ ｉ ｉ ｎ ‘ａ ｉ ｓ ｎＳ ） ｎ ｆ ｅ － ｒ ｃｏ ｉ ｅ ｈ ｎ ｔｌ ｉ ｕ
并且 ，根 据 白炭黑加 入量 的不 同 （． １ ．２ ．４ ０ １ 、０２ 、０ ４
ｇ ，对 应 的 纤 维 表 面 硅 球 的 含 量 分 别 为 ６ ７ ， ） ．％
１． ２ ８％ ． ２ ． ２ ７％ ．
Ｈｉｉ２５ Ｇ Ｄ，Ｐ Ｇ 公 司 ；聚 乙 烯 基 吡 咯 烷 酮 —ｌ ５ Ｃ 。 ｓ Ｐ （ Ｖ ：Ｍ ＝ １３０００ ｇｍ ｌ Ｐ Ｐ） ０ ０ ／ ｏ，英 国 Ａｆ Ａ ｓｒ ｌ ｅａ， ａ
韧材 料 的特殊 效果 。 ‘
高压 的拉伸 作用 下 形 成 纳米 纤 维 ，沉 积 于转 鼓 之 上 ， 形成纤 维 网膜 。静 电纺丝 条 件 为 ：电压 １ Ｖ，接 收 ６ｋ 距离 ２ ｍ，注射速 度 １５ｍ ／ 。 ０ｅ ． Ｌ ｈ
１ ３ ３ 二氧 化硅 的烧制 ．． 将静 电纺丝 所得 的 电纺纤维 膜 于马弗 炉 中从 室 温
长江 学者和创新团队发展计划资助基金 （Ｒ ００ ） Ｉ Ｔ ８ ７ ，国家 十一五支撑项 目 （ ０６ Ａ ０ Ｂ ２０Ｂ Ｅ ３ ）
￥ 系 人 ｌ ｌ０ １ｎ ｙｈｏ ｏ ￥联 ｉ２ ０ ｃ＠ ａｏ ．ｃｍ．ｃ ｕ ｌ ｆ
作者简介 ：张鹏飞 ，男 ，１ ８ ９ ５年生 ，硕士研究生 ，主要从 事静 电纺丝及纤维增强 复合 材料的研究 。ｚｆ０ ＠１３ ｃｍ ｐ６ ９ ６． ｏ
・
８ ８・
塑
料
工
业
丝 ＿ 技 术是 制备 亚微米 级 纤 维行 之 有 效 的方 法 之一 。 ４
将 前 驱体溶 液置 入 ２ ０ｍＬ注 射器 内 ，安 放 于注射 泵上 ，并 以设定 速率 注射前 驱体 溶液 ，利用 高压 发生
器在 注射泵 与接 收转鼓 之 间产生 高压 ，前驱 体溶 液在
Ｔ ｉｒ ｒ ｈｃ ｌ ＳＯ ｉｅ ｓｔｅ ｔ ｄ ｗｉｈ ｓｌｎ ｏ ｐ ｉ ｇ ａ ｅ ｔＫＨ５７ ｒ ｏ ｅ ｎ ｏ ｉｏａ ｔｃ ｐ ｌｐ ｏ ｙ ｅ ｅ ｈｅ ｈ ｅ ａ ｃ ｉａ ｉ ２ ｂ ｒ ｒ ａ ｅ ｔ ｉ ｅ ｃ ｕ ｌｎ ｇ ｎ ｆ ａ ０ ｗｅ ｅ ｄ ｐ ｄ ｉ ｔ ｓ ｔ ｃｉ ｏｙ ｒ ｐ ｌｎ