硫酸钙晶须聚丙烯复合材料的制备与性能
硫酸钙晶须的制备及其应用
硫酸钙晶须制备工艺
水
原 料
原料准备
添加剂 合成反应 过 滤 干 燥
精制处理
表面改性剂 表面改性 产 品
硫酸钙晶须的形成机理
0.30 0.25
石膏
0.20
溶解度(%)
0.15
硬
0.10
石
膏
半 水
石
膏
0.05
0
25
50
75
100
125
150
175
200
温度（°C）
石膏、半水石膏和硬石膏溶解度曲线
硫酸钙晶须的生长过程
① CaSO4· 2H2O的溶解过程： CaSO4· 2H2O→Ca2++SO42-+2H2O ② CaSO4· 1/2H2O的结晶过程： 随着温度的升高，当达到溶解极限时， CaSO4· 1/2H2O过饱和而在溶液中析出，形 成胚芽，胚芽进一步凝聚、长大形成晶须 生长的基础—晶核。 Ca2++SO42－+H2O CaSO4· 1/2H2O
试样 半水硫酸 钙晶须 无水可溶 硫酸钙晶须 无水死烧 硫酸钙晶须 参考卡片 晶系 01-0811848 01-0260329 01-0720503 六方 六方 正交 a/Å 6.9307 6.9820 6.9910 b/Å 6.9370 6.9820 6.9960 c/Å 6.3450 6.3400 6.2380 α/0 β/
20
3
2
强 10 度
氧 化 铝 晶 须
普 通 氧 化 铝
碳 化 硼 晶 须
普 通 碳 化 硼
石 墨 晶 须
普 通 石 墨
铁 晶 须
高 强 度 钢
碳 化 硅 晶 须
硫酸钙晶须
硫酸钙晶须一、概述硫酸钙晶须，别名：石膏纤维、石膏晶须；英文名称：Calcium Sulfate Whisker，缩写：CSW；化学式：CaSO4，国际商品名称为“ONODA-GPF”。
硫酸钙晶须是无水硫酸钙的纤维状单晶体，白色疏松针状物，以石膏为原材料, 通过人为控制, 以单晶形式生长的，具有均匀的横截面、完整的外形、完善的内部结构、稳定的尺寸的纤维状（须状）单晶体。
硫酸钙晶须是一种细小纤维状的亚纳米材料，具有十分优良的力学性能和物理性能、价格低廉的新型功能材料。
硫酸钙晶须有二水（CaSO4•2H2O）、半水（CaSO4•）和无水（CaSO4）之分。
其制备方法目前主要有水压热法和常压酸化法。
二、性能和指标（一）性能硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性、高绝缘性、耐磨耗、耐高温、耐酸碱、抗腐蚀、红外线反射性良好、易于表面处理、易与聚合物复合、无毒等诸多优良的理化性能。
1、优良的力学性能（1）很高的断裂强度和弹性模量硫酸钙晶须作为细微的单晶体，内部结构十分完整。
具有非常坚韧的性质，其抗张强度为玻璃纤维的5-10倍。
硫酸钙晶须能弹性地承受较大的应变而无永久变形，经4%的应变还在弹性范围内，不产生永久形变，而块状晶体的弹性变形范围却小于%。
（2）耐高温性硫酸钙晶须具有不会引起高温滑移的完整性，温度升高时，不分解、不软化，其强度几乎没有损失。
所以这个特性使其在防火材料中的应用成为可能。
（3）相当大的长径比硫酸钙晶须的横断面多具有六角形、斜方形、三角形或薄带形，不同于玻璃纤维或硼纤维具有圆形横断面，大大增加了长径比。
能满足增强塑料、防火板材时长径比（30-100）的要求，这样能使复合材料获得很高的强度和性能。
（4）无疲劳效应晶须没有明显的疲劳特征，即使被磨成粉末、切断，其强度也不受损失。
2、良好的相容性硫酸钙晶须的尺寸细微，不影响复合材料成型流动性，接近于无填充的树脂。
硫酸钙晶须可在有机基体中分布的很均匀，即使是极薄、极狭小甚至边角部位都能得到增强填充。
硫酸钙晶须的制备及其改性聚丙烯性能的研究
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
２０２０，５２（２）：２４－３０ ｄｏｉ：１０．６０５４／ｊ．ｊｓｃｎｕｎ．２０２００２３
硫酸钙晶须的制备及其改性聚丙烯性能的研究
杨丽庭１，吕 慧１，李彦涛２，王曾鹏１，练贵宜１，叶晋纶１，曾 聪２
过熔融 ＰＰ／聚对苯二甲酸乙二醇酯（ＰＥＴ）和超高分 子量聚乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）制备改性共混物，大大提高 了材料的抗拉强度和耐磨性．填充改性主要是将聚 合物与滑石粉、ＣａＣＯ３、玻璃纤维、碳纤维、晶须等无 机材料混合，这是降低原料成本、改善聚合物某些性 能的常用方法．ＷＥＩＳＳ等［７］介绍了非连续石墨纤维 增强聚丙烯抗拉强度的 ２种改善方法．ＬＩＡＮＧ等［８］ 用经过表面处理的 ＣａＳｉＯ３填充 ＰＰ，达到了对 ＰＰ的
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ ２．ＭＢＳＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１１４８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｌｃｉｕｍｓｕｌｆａｔｅｗｈｉｓｋｅｒ（ＣＳＷ）ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｎｇｔｈ－ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｓｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅａｃ ｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｎｉｔｗａｓｄｒｙ－ｍｏｄｉｆｉｅｄｗｉｔｈｓｉｌａｎｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｇｅｎｔＫＨ５５０（２％ ｏｆＣＳＷ ｑｕａｌｉｔｙ）ａｔ１１０℃ ｆｏｒ １ｈ．ＴｈｅｎＰＰ／ＣＳＷ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｆｏｒｔｅｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｃａｎｎｉｎｇ ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ（ＤＳＣ）ａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＣＳＷ ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｎｇｔｈ－ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｓｈａｖｅｉｍｐｒｏｖｅｄｍｅｃｈａｎｉ ｃａｌａｎｄｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰＰ；ｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅｆｌｅｘｕｒａｌｍｏｄｕｌｕｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｉｔｈ２０％ （ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ）ｍｏｄｉｆｉｅｄＣＳＷ ｗｉｔｈｔｈｅｌｅｎｇｔｈ－ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｓｏｆ２９ｗｅｒｅ１１％ ａｎｄ１０４％ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ｔｈｅｃｒｙｓｔａｌ ｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ１２℃ ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｐｕｒｅＰＰ；ｔｈｅｓｅｖｅｒａｌｔｙｐｅｓｏｆＣＳＷ ｈａｖｅａｌｌｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｒｍａｌｓｔａ ｂｉｌｉｔｙａｎｄｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅｗｈｉｓｋｅｒ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄ ｈｅａｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｍｐｒｏｖｅｄｍｏｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ；ｃａｌｃｉｕｍ ｓｕｌｆａｔｅｗｈｉｓｋｅｒ；ｍｏｄｉｆｙ；ｌｅｎｇｔｈ－ｄｉａｍｅｔｅｒｒａｔｉｏｓ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
硫酸钙晶须的制备及应用研究进展
硫酸钙晶须的制备及应用研究进展因硫酸钙晶须有许多优良性能，可用于塑料，橡胶，涂料等行业中。
硫酸钙晶须有较好的应用前景，故对硫酸钙晶须的制备及应用进行研究具有较高的价值。
本文对硫酸钙晶须的制备方法及应用做了概述。
标签：硫酸钙晶须;制备方法;应用硫酸钙晶须（CSW）是一种绿色环保无机材料。
无水晶须可在1000℃以上使用，因而无水的CSW具有高的使用价值和极高的强度。
[1]硫酸钙晶须的抗拉强度和弹性模量极高，有耐高温、高韧性、和橡胶等聚合物有较强的亲和力等优点，可用于橡胶、涂料、造纸等行业。
[2]CSW的应用前景广阔。
一、硫酸钙晶须的制备水热法水热法是用二水硫酸钙制得的悬浮液，放入高压釜中，在高温高压的环境下制得硫酸钙晶须。
Sichao Hou[3]等人研究结果表明：Mg2+对硫酸钙晶须一维方向生长有促进作用，形成的晶须长径比高。
在MgCl2浓度为1.9710-3mol/L时，CSW的长径比范围50-400。
常压酸化法除了水热法，制备CSW常用的另一种方法便是常压酸化法。
Hongjuan Sun[4]等人以烟气脱硫石膏为原料，用常压酸化法制备CSW。
研究酸浸温度和盐酸浓度对硫酸钙晶须形貌的影响。
结果表明：酸浸温度70℃，盐酸浓度3.7mol/L，制备的CSW纯度和白度均高。
CSW长径比范围在25～80。
二、硫酸钙晶须的应用硫酸钙晶须在沥青中的应用李利勤[5]等人研究结果表明：加入硫酸钙晶须的沥青的高温稳定性随硫酸钙晶须的掺量增加而逐步增大。
Taotao Fan[6]等人研究结果表明，两种CSW均能增强沥青混合料的抗车辙性能，且沥青混合料的高温性能随加入的硫酸钙晶须的含量增加而增加。
与半水硫酸钙晶须相比，无水硫酸钙晶须对沥青混合料高温性能具有更大的影响。
此外，无水硫酸钙晶须改性沥青的热稳定性优于半水硫酸钙晶须改性沥青。
硫酸钙晶须在复合材料中的应用硫酸钙晶须可提高聚丙烯（PP）的结晶性能与力学性能，添加适量的CSW 可使PP的弯曲模量、拉伸强度增加。
硫酸钙晶须
精心整理硫酸钙晶须一．优势硫酸钙晶须添加到下游产品中的优势，是针对一般无机填料纤维而言的。
现在塑料、橡胶和许多化工制品，均采用填充料以降低成本或提高相关性能：采用有机或无机纤维基体起增加作用。
其中无机填料主要有：硅灰石、（2）?尺寸稳定性好硫酸钙晶须添加到相关制品中，由于其尺寸、长径比及工艺的影响，其取向没有长纤维和短切纤维有规则，这在微观上改变制品的同时，而使得制品显示各向同性。
长纤维及短切纤维在增强制品时，都是按近于同一方向（纵向）排列，这使纵向和横向性能产生差异。
表现在制品尺寸上，纵向和横向收缩率的差异较大，从而使制品在环境影响时发生挠曲和变形。
这对于高精密的电子、家电零部件的质量产生极大的影响。
而硫酸钙晶须应用于制品中，纵向和横向收缩率差异较小，能保证制品尺寸和外姓的精密度。
短切纤维在PP和ABS中，对尺寸的稳定性有一定的提高，但和硫（4）提高制品的耐热温度硫酸钙晶须具有无机填料的热均匀性，熔点为1450℃，在900℃时，仍保持其原有的机械性能。
将其加到制品中能显着地提高制品的耐热温度。
如奇美757的ABS材料，基体热变形温度为84℃，硫酸钙晶须增强后的热变形温度为90℃；纯PP粉对PP母粒，可通过?加入硫酸钙晶须增强，且将热变形温度从81.73℃提高到118.64℃。
（5）减少对设备的磨损众所周知，利用玻璃纤维增强聚合物时，混合设置所受到的磨损相当严重，其主要原因为玻纤具有高度的表面硬度和刚度，这是因为硫酸钙晶须不仅部件。
（10）提高熔融指数硫酸钙晶须在添加到聚四氟乙烯、聚氨酯、PP、ABS时其熔融指数和基体相当，并且可根据具体要求进行调节。
（11）无毒硫酸钙晶须无毒，可用于食品的过滤。
而玻璃纤维吸入肺中容易致癌。
（12）具有价格优势?二．国内外硫酸钙晶须应用实例P钙晶须与无填料的对照物相比较，抗张强度几乎增强了一倍，模量增加了5倍之多。
详见下表：表3硫酸钙晶须在聚丙烯酸脂中的应用材料重量（%）抗张强度MPa抗张模量MPa对照物02.39.6石膏粉182.38.96硫酸钙晶须183.8647.53.尼龙6商品名：LA-SFB-01?????????????????拉伸率：265%(23℃)????????????????介电强度：20kv/mm磨痕宽度：6mm????????????????????熔点：377℃热失重：0.02%?????????????????????拉伸强度：15.3Mpa(23℃) 该性能指标始终于聚四氟乙烯板材、棒材。
硫酸钙晶须复合增强聚丙烯性能研究
3 结论
采用适当的分散剂处理炭黑确实可提高炭 黑的分散能力, 提高母料的抗静电效果和抗静 电硬 PV C 的抗冲击能力。
有所研究的几种分散剂中, 以部分氧化聚 乙烯蜡的效果最好。
为了获得制品的良好物理机械性能, 应严 格掌握加工工艺条件。
参考文献
1 CZech 209, 334 2 吴立峰。 塑料, 1987, (5) : 20 3 F 1R 1Sp inell“P la stics A dd itives and M od ifiers
的影响, 我们进行了单双螺杆挤出造粒的对比 实验, 其造粒工艺均为活化后的晶须与 PP 在 高速捏合机中捏合后, 从加料口加入, 挤出造 粒。 硫酸钙晶须表面采用 KH - 550 活化处理, 比例 1%。 性能指标如表 2 所示。
由表 2 可以看出, 利用双螺杆对硫酸钙晶 须增强 PP 进行混合挤出造粒, 在同样的添加 比例下, 材料的力学强度 (拉伸强度、弯曲强度) 均比利用单螺杆挤出造粒的材料强度要高, 特 别是两者的冲击强度之差尤为明显, 这说明设 备的混合效果直接影响着硫酸钙晶须增强 PP 的机械性能, 双螺杆挤出机能实现晶须与树脂 间更好的混合与分散, 达到良好的增强效果。
表 2 设备对硫酸钙晶须增强 PP 性能的影响
项 目
拉伸 断裂 弯曲 冲击 熔体流 强度 伸长率 强度 强度 动速率
(M Pa) (% ) (M Pa) (KJ m 2) (g 10m in)
司产; 单螺杆挤出机 SJ - 20 哈尔滨塑料模具
厂产;
PP+ 30% CK (S) 2012 912 3811 313 414 PP+ 30% CK (D ) 2615 718 5914 10118 211
【CN109942740A】一种改性硫酸钙晶须掺杂的聚丙烯酸钠复合材料的制备方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910228437.3(22)申请日 2019.03.25(71)申请人 四川轻化工大学地址 643000 四川省自贡市自流井区汇兴路519号(72)发明人 谢云涛 史云霄 何萌 陈永忠 潘中才 刘勇 (74)专利代理机构 南京禹为知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 32272代理人 王晓东(51)Int.Cl.C08F 220/06(2006.01)C08F 222/38(2006.01)C08F 2/44(2006.01)C08K 9/02(2006.01)C08K 7/08(2006.01)C08L 33/02(2006.01)(54)发明名称一种改性硫酸钙晶须掺杂的聚丙烯酸钠复合材料的制备方法(57)摘要本发明公开了一种改性硫酸钙晶须掺杂的聚丙烯酸钠复合材料制备方法，原料总质量为100％，包括改性硫酸钙晶须2.5％～15％，丙烯酸81％～93.5％，过硫酸铵2％，N ,N ’-亚甲基双丙烯酰铵2％；称取丙烯酸，冰水浴中加NaOH溶液中和，加入N ,N ’-亚甲基双丙烯酰铵，加入四口烧瓶中，在55℃水浴搅拌5～8min；将称量好的改性硫酸钙晶须倒入四口烧瓶中，300～400rpm搅拌30～40min，将装有过硫酸铵溶液的恒压漏斗放在四口烧瓶的一个口上，密封烧瓶，通入氮气赶空气后，滴加过硫酸铵溶液进入烧瓶，除去空气，缓慢升温至65℃后，搅拌18～20min，反应1h，取出团状物烘干，粉碎，过60～80目筛。
本发明将改性硫酸钙晶须掺杂到聚丙烯酸钠，增加复合材料的压缩模量，且吸附性能良好。
权利要求书1页 说明书12页 附图4页CN 109942740 A 2019.06.28C N 109942740A权 利 要 求 书1/1页CN 109942740 A1.一种改性硫酸钙晶须掺杂的聚丙烯酸钠复合材料制备方法，其特征在于：包括，原料总质量为100％，以质量百分比计，包括改性硫酸钙晶须2.5％～15％，丙烯酸81％～93.5％，引发剂过硫酸铵2％，交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰铵2％；称取丙烯酸液体，放入冰水浴中滴加8mol/L的NaOH溶液中和丙烯酸，再加入N,N’-亚甲基双丙烯酰铵，搅拌均匀后得到含有N,N’-亚甲基双丙烯酰铵的丙烯酸混合溶液；称取过硫酸铵加入恒压漏斗中，加蒸馏水溶解；将含有N,N’-亚甲基双丙烯酰铵的丙烯酸混合溶液加入四口烧瓶中，在55℃水浴条件下，80～100rpm机械搅拌5～8min；将称量好的改性硫酸钙晶须倒入四口烧瓶中，300～400rpm搅拌30～40min，将装有过硫酸铵溶液的恒压漏斗放在四口烧瓶的一个口上，密封烧瓶，通入氮气将烧瓶内部空气赶出去后，在300～400rpm搅拌条件下，滴加过硫酸铵溶液进入烧瓶，滴加结束后，通入氮气将烧瓶内部空气赶出同时，缓慢升温，当温度至65℃后，300～400rpm条件下搅拌18～20min，继续保温反应1h，取出团状物，置于烘箱烘干至发硬，粉碎，过60～80目筛，即得所述改性硫酸钙晶须掺杂的聚丙烯酸钠复合材料。
E6晶须复合材料的制备及性能研究
聚丙烯/无机晶须复合材料的制备及性能研究博士生战美秋导师张万喜绪论1.1聚丙烯的结构与性能1.1.1聚丙烯晶型等规聚丙烯（iPP）是一种多晶型聚合物，常见的晶体形态主要有α、β、γ和近晶相等4种主要晶型[1-2]。
α晶型属单斜晶系，它最为常见、在热力学上也最稳定，在一般的加工条件下以α晶型为主；β晶型属六方晶系，它在热力学上不太稳定，高含量的β晶体只有在一定的结晶条件下才可以生成(如选取合适的剪切力、温度梯度场或加入高效β晶型成核剂等)；γ晶型属三斜晶系，一般在低分子量PP、含有乙烯链段的聚丙烯无规共聚物及茂金属PP中可见，但对相对分子量较大的聚丙烯，只有在高压等特定条件下结晶才可获得；近晶相为不稳定的相态(即亚稳相)，当聚丙烯熔体在淬冷过程中结晶时最为常见。
其中，最有价值且应用最广的为α晶型与β晶型聚丙烯(即α-PP与β-PP)。
1.1.2聚丙烯结晶聚丙烯属于半结晶树脂，一般认为PP的结晶过程主要受如下因素影响：(1)、PP的自身结构：主链的对称结构有利于结晶，相对分子质量较低可增加大分子的柔顺性，也利于结晶的进行。
另一方面，链支化或大侧链的存在会妨碍PP的结晶。
(2)、晶核的存在：均相成核一般速度慢，晶核少，晶粒大，物理机械性能差。
与均相成核相比，借助成核剂或其他杂质作为晶核的异相成核过程可大大提高PP树脂的结晶速度，增大其结晶度并使晶粒尺寸微细化并均匀分布。
(3)、结晶时过冷度：过冷度越大即T m与T g的差值愈大，PP的结晶过程可能会因为冷却速度过快而冻结[3]。
1.1.3α晶型和β晶型聚丙烯的性能等规聚丙烯结晶主要有α型和β型两种球晶，即α晶型聚丙烯与β晶型聚丙烯(即α-PP与β-PP)，也是最有应用价值的两种聚丙烯[4]。
α型晶体为单斜晶系，熔点为167o C，密度为0.936g/cm3，每个晶胞有4个3/1螺旋，晶体结构比较致密完整，属于热力学稳定的晶体。
对α晶体的研究表明，其主要是从中心沿径向放射性生长，形成球晶。
改性硫酸钙晶须／聚丙烯复合材料力学性能研究
改性硫酸钙晶须／聚丙烯复合材料力学性能研究朱一民;张勇;王晓丽【摘要】用硬脂酸作为表面改性剂，通过双料口加料方法制得硫酸钙晶须／聚丙烯复合材料，研究了硫酸钙晶须添加量对复合材料力学性能的影响。
试验结果表明：当硫酸钙晶须添加量为8％时，拉伸强度达到最大值，较纯pp拉伸强度提高了3．49％；当硫酸钙晶须添加量为12％时，弹性模量达到最大值，为1．451 GPa，较纯pp提高了16．5％；当硫酸钙晶须添加量为12％时，断裂伸长率为27．46％，比纯pp下降了41．74％；硫酸钙晶须添加到2％时，缺口冲击强度有较大提高，比纯pp提高了36．2％。
%With stearic acid as surface modification agent , calcium sulfate whisker/polypropylene composite material was prepared through double feeding method .The effect of calcium sulfate whisker content on mechanical properties of composite materials was studied .The experimental re-sults showed that when calcium sulphate whisker content was 8%, tensile strength reached the maximum value , increased by 3 .49% than pure polypropylene; when calcium sulphate whisker content was 12%, the elastic modulus was maximum , 1.451 GPa, increased by 16.5%than pure polypropylene; when calcium sulphate whisker content was 12%, elongation at break was27 .46%, lower than pure polypropylene , 41 .74%; when calcium sulphate whisker was added to 2%, the notched impact strength increased greatly , increased by 36 .2%than the pure polypropyl-ene .【期刊名称】《矿产保护与利用》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P46-49)【关键词】硫酸钙晶须;聚丙烯;力学性能【作者】朱一民;张勇;王晓丽【作者单位】东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004;东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004;东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004【正文语种】中文【中图分类】TB321改性硫酸钙晶须/聚丙烯复合材料力学性能研究*朱一民，张勇，王晓丽(东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004)摘要:用硬脂酸作为表面改性剂，通过双料口加料方法制得硫酸钙晶须/聚丙烯复合材料，研究了硫酸钙晶须添加量对复合材料力学性能的影响。
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硫酸钙晶须/聚丙烯复合材料的制备与性能聚丙烯(PP)具有力学性能优良、结晶度较高、耐热性良好、化学稳定性优异和抗弯曲疲劳、抗龟裂性好等优点,但作为工程材料应用时,材料的强度和韧性往往不能兼得,材料往往强度高而韧性低,或者韧性高而强度低。
因此,实际应用中,通常对PP材料进行针对性的改性,提高强度或者韧性,以拓展其使用领域。
为了改善PP材料的力学性能,本研究利用天然的硫酸钙晶须为主要增强材料,在对晶须进行改性的基础上,用于改性PP,研究了硫酸钙晶须(CSW)/PP复合材料的力学、结晶、流变、加工等性能。
首先,研究钛酸酯偶联剂(NDZ)接枝CSW。
获得了不同接枝率的改性硫酸钙晶须(OCSW),然后将OCSW与PP进行熔融共混。
结果表明,NDZ能够明显改善CSW与PP的相容性。
具有适当接枝率的OCSW与PP基体具有良好的界面作用,并作为复合材料中的应力集中物对基体发挥了明显的增强效果。
其次,系统研究了OCSW/PP复合材料的性能。
选取接枝率为2.0%的OCSW改性PP制备OCSW/PP复合材料。
结果表明,与CSW/PP复合材料相比,OCSW/PP复合材料的综合力学性能更好、诱导?晶成核的OCSW临界含量更低、结晶温度更低。
随着OCSW含量的增加,OCSW/PP复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度均先增大后降低,OCSW的最佳含量在5 wt%~10 wt%。
OCSW对PP的流变性能与动态力学性能影响较大。
OCSW对PP熔体具有增粘作用。
随着OCSW含量的增加,复合材料的晶体尺寸逐渐减小。
OCSW/PP复合材料的最佳注塑工艺为料筒温度190℃,模具温度为30℃。
再
次,研究了OCSW/PP复合材料的发泡性能。
结果表明,在发泡复合材料中OCSW含量为4 wt%时,复合材料具有最佳的综合力学性能。
与未添加OCSW的纯PP相比,添加相同量的发泡剂时,复合材料可以获得更小的泡孔尺寸,OCSW在泡孔壁中取向,对泡孔壁发挥增强作用,提高了复合材料的拉伸强度和压缩强度;但当OCSW含量高于6 wt%时,容易出现泡孔坍塌现象。
最后,研究了OCSW和玻璃纤维(GF)协同改性PP。
结果表明,OCSW和GF对PP 具有协同增强作用,当OCSW含量为3 wt%、GF含量为20 wt%时,复合材料具有最佳的综合力学性能。
OCSW和GF还具有协同诱导?晶成核作用,当OCSW含量为5 wt%、GF含量为20 wt%时,PP中?晶的相对含量达到了0.5。
随着OCSW含量的增加,复合材料的熔体粘度、剪切储能模量逐渐减小。