改性无机填料在复合材料中的应用

2001 年 29 卷第 4 期
广州化工
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在各偶联剂用量为填料重量的 1. 5 %的情况 下 ,采用钛酸酯和硅烷处理的 CaCO3 和 Taic 填充 PP 的力学性能都比较好 ,而用自制 sbph 处理后的 填充料也表现出更为明显的效果 。通过比较决定选 择钛酸酯和 sbph 来做进一步的研究 。 2. 3 偶联剂用量对填料填充 PP 体系性能的影响
填
冲击强度 拉伸强度 断裂伸长率
冲击强度 拉伸强度 断裂伸长率
类型 号 料 ak (kJ / m2) 6t (MPa)
( %)
料 ak (kJ / m2) 6t (MPa)
( %)
液体石蜡 硬酯酸 钛酸酯 硅烷 pop h sbp h
1 滑石粉 2 3 4 5 6
14. 98 24. 94 9. 85 32. 11 23. 76 28. 57
此外 ,还测定了硬度和熔融指数与偶联剂用量 在填料填充 PP 体系时的关系 ,发现偶联剂用量对 填充体系硬度影响不是很大 ,但明显提高了体系流 动性 (见表 2) 。
类 型
未处理 sbph 处理 钛酸酯处理
表 2 填料熔融指数
MI(g/ 10 min) CaCO3/ PP 3. 11 6. 10 7. 16
2001 年 29 卷第 4 期
广州化工
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改性无机填料在复合材料中的应用
董 翔 黄志忠
(广州珠江化工集团有限公司广州制漆厂 510385)
摘要 研究了未经表面处理与经钛酸酯 、sbph 等偶联剂表面处理后的超细填料滑石粉及碳酸钙对填充聚丙烯 ( PP) 体
系的影响 ,测定了冲击强度 、拉伸强度 、硬度 、熔融指数等性能的变化 。结果表明 ,改性后的填充 PP 体系 ,其力学性能和流动 性能均有所改善 ,其中用 sbph 改性的填充料/ PP 有较高的性能价格比 ,且发现偶联剂用量在改性填充 PP 体系中存在最佳值 。
用偶联剂处理后的填料填充 PP 体系 ,其拉伸 强度都有所提高 。用钛酸酯和 sbph 处理后 ,在滑石 粉/ PP 体 系 中 , 最 大 峰 值 时 偶 联 剂 用 量 分 别 为
图 3 偶联剂用量对 PP 填充体系拉伸强度的影响 A —滑石粉/ PP 体系 B —碳酸钙/ PP 体系 △—代表用 sbph 处理 ×—代表用钛酸酯处理
选用填料重量的 0. 3 %、0. 5 %、1. 0 %、1. 5 %、2. 0 %作为偶联剂用量 。通过测试冲击强度 、拉 伸强度 、断裂伸长率等性能 ,来研究偶联剂变量与填 充 PP 体系性能的关系 ,并确定最佳偶联剂量 。 2. 3. 1 冲击强度
115 %和 112 % ;在碳酸钙/ PP 体系中 ,最大峰值时 偶联剂用量分别为 0. 6 %和 1. 2 %。经用钛酸酯和 sbph 处理后 ,在最大拉伸强度时 ,滑石粉/ PP 体系 拉伸强度分别提高 17. 5 %和 22. 5 % ;碳酸钙/ PP 体系拉伸强度分别提高 13. 8 %和 12. 9 %。拉伸强 度的提高虽没冲击强度的提高值大 ,但在一定程度 上提高了体系力学性能 (图 3) 。
1 实验部分
1. 1 原料及仪器 1. 1. 1 实验原料
滑石 粉 , 2250 目 , 四 川 棉 竹 化 工 厂 ; 碳 酸 钙 , 2250 目 ,四川棉竹化工厂 ;聚丙烯 , PP - 1300 粒料 , 北京石油化工公司 ;钛酸酯偶联剂 NDZ105 ;硅烷偶 联剂 , KH - 550 ;硬脂酸 ,化学纯 ;液体石蜡 ;自制偶 联剂 (poph 、sbph) 。 1. 1. 2 设备与仪器
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2001 年 29 卷第 4 期
机厂 ; X - 650 型电子扫描电镜 ;
1. 2 工艺流程
填料表面处理 PP 粒料
开炼机混炼
压制
制样 测试
1. 3 工艺操作 1. 3. 1 填料表面处理
先把填料 (碳酸钙 、滑石粉) 在 100 ℃下干燥 ,然 后将一定量填料装入高速混合机中 ,并将相应量偶 联剂加入 ,高速搅拌 ,混合均匀 。 1. 3. 2 混炼
Abstract It is st udied on t he effect of polyprolene system filled wit h super - t hin filler Talcum powder and calcium carbonate. The filler was unt reated or t reated wit h coupling agent of titanate , sbph. And it is deter2 mined t he change of impact st rengt h , tensile st rengt h , hardness , and melt index. The rusult indicated t hat t he mechanics and flow performance of modified system have bot h been improved ,t he filler / pp system t reated wit h sbph coupling agent has high ratio between performance and price. There is t he best value of coupling agent .
2 结果与讨论
2. 1 未处理滑石粉和碳酸钙对填充 PP 性能的影响 分别选用占总质量的 5 %、10 %、20 %、30 %、
40 %作为填料用量 ,考察滑石粉 、碳酸钙添加量对 复合体系性能的影响 ( 图 1) 。随着填料用量的增 加 ,拉伸强度 、冲击强度 、断裂伸长率 、熔融指数均呈 下降趋势 ,硬度呈上升趋势 。结果表明 ,未处理的填 料填充 PP 后 ,对 PP 各项性能的改善效果较差 。当 填料量小于 30 %时 ,填充 PP 力学性能下降明显 , 大于 30 %时 ,下降比较平稳 ,综合经济效益 ,决定选 用填料量 30 %作为以下试验的填充量 。 2. 2 偶联剂类型的选择
2. 3. 3 断裂伸长率 用偶联剂处理后的填料填充 PP 体系 ,其断裂
伸长率有不同程度的提高. 钛酸酯和 sbph 处理滑石 粉/ PP 体系 ,最大峰值分别出现在 1. 0 %和 1. 5 %。 在碳酸钙/ PP 体系中 ,用钛酸酯和 sbph 处理后 ,最 大峰值均出现在 1. 5 %。经用钛酸酯和 sbph 处理 后 ,最大断裂伸长率值 ,滑石粉/ PP 体系分别提高 228. 6 %和 85. 7 % ;碳酸钙/ PP 体系分别提高 95. 0 %和 75. 0 %。可以看出用钛酸酯和 sbph 改善填充 PP 体系断裂伸长率效果较好 (图 4) 。
开机预热 ,温度升至 170 ℃,加入 PP 粒料 ,塑 化完全后 ,加入填料混炼 ,进行打包 ,薄通等操作 ,混 炼均匀后 ,即可下片 、剪片 ,冷却待用 。 1. 3. 3 压制成型
先将压机升温至 170 ℃,约需 1 小时 ,把混炼后 剪好的片放入加热板间 ,预热 6 分钟 ,然后加压 ,放 气 、冷 压 , 最 后 脱 模 。大 模 板 规 格 200 ×100 ×2 mm ,小模板规格 55 ×55 ×4 mm 。相应的大模板需 加压 784. 8 N/ cm2 ,保压 4 min ,冷压压力 784. 8 N/ cm2 ,时间 3 min ; 小样需加压 392. 4 N/ cm2 ,保压 4 min ,冷压压力 392. 4 N/ cm2 ,时间 3 min 。 1. 3. 4 按 GB - 1040 - 79 在 ZH Y - 型万能制样机
上制样 1. 3. 5 性能测试
①按 GB/ T1043 测试无缺口冲击强度 。 ②按 GB/ T1040 测试拉伸强度 。 ③按 GB/ T3682 测试熔融指数 。 1. 3. 6 微观结构分析 电子扫描电镜 ( SEM) :拉伸断裂面镀银后 ,用 X - 650 型电子扫描电镜观察并照相 。
Keywords filler , coupling agent , polyproplene
碳酸钙 、滑石粉等填料的用途很广 ,主要用于涂 料 、塑料 、橡胶 、造纸等行业 ,作为填料可降低被填充 物料的成本 。但是无机填料和高聚物分子在化学结 构和物理形态上极不相同 ,缺少亲和性 ,仅仅起到增 量作用 ,同时 ,由于大量填充无机填料导致聚合物复 合材料的粘度显著提高 ,以致材料的加工性能受到 影响 ,而且 ,由于填料与聚合物之间混合不均匀 、粘 合力弱 ,制品的力学性能降低 ,所以这种大量掺混廉 价无机填料的方法有着一定的局限性 。为此 ,人们 十分重视无机填料表面改性的研究工作 ,设法把活 性的有机官能团接到无机填料表面 ,以改变其固有 的亲水性质 ,这样无机填料在复合材料中就不仅具 有增量作用 ,还能起到增强改性的效果 ,很多时侯也 可提高聚合物的耐热性和改进尺寸稳定性 。本文就 是探讨无机填料表面改性在聚丙烯中填充行为 ,试 图通过试验来证明改性填料对提高聚丙烯各项性能 有良好效果 ,并为生产和应用提供一定的理论依据 。
平板硫化机 : QLB - D400 ×400 ×2 型 ,青岛机 床厂 ;
机械式拉力试验机 :LJ - 5000 型 ,青山试验机 厂;
塑料球压痕计 : H - 98 型 ,上海华侨仪表厂 ; 冲击试验机 : XCJ - 500 型 ,承德市材料试验机 厂; 熔融指数测定仪 : XRZ 型 ,长春市非金属试验
7. 51 7. 83 8. 04 8. 36 7. 05 7. 23
9. 56 18. 5 49. 6 22. 6 45. 4 45. 3
碳酸钙
28. 54 26. 78 27. 6 30. 51 26. 43 30. 18
6. 55 5. 45 6. 16 7. 25 7. 11 7. 73
19. 8 10. 6 47. 3 30. 4 52. 0 73. 85
关键词 填料 , 偶联剂 , 聚丙烯
The Application of Modif ication Inorganic Filler in Compsite Material
Dong Xiang Huang Zhizhong ( Pearl Ri ver Chem ical I n d ust ry Grou p L t d . Guangz hou Pai nt Factory 510385)
填料填充量 %(wt) 图 1 填料填充量对填充 PP 体系性能的影响 A - 冲击强度 B - 拉伸强度 C - 断裂伸长率 D - 硬度 E - 熔融指数 △- 滑石粉/ PP 体系 ×- 碳酸钙/ PP 体系
表 1 经偶联剂改性后的 Taic 、CaCO3 填充 PP 的性能
偶联剂 序 填
图 2 偶联剂用量对 PP 填充体系冲击强度的影响 A —滑石粉/ PP 体系 B —碳酸钙/ PP 体系 △—代表用 sbph 处理 ×—代表用钛酸酯处理
在滑石粉/ PP 体系中 ,用钛酸酯和 sbph 处理后 ,最 大峰值分别出现在 1. 0 %和 1. 4 %处 。在碳酸钙/ PP 体系中 ,用钛酸酯和 sbph 处理后 ,最大峰值分别 出现在 1. 5 %和 1. 0 %处 。用偶联剂处理后 ,填料 填充 PP 体系的冲击强度普遍得到提高 ,但偶联剂 用量有一个最佳值 。用钛酸酯和 sbph 处理滑石粉/ PP 体 系 wenku.baidu.com 最 大 冲 击 强 度 比 未 处 理 时 分 别 提 高 32. 8 %和 30. 7 % ,同样在碳酸钙/ PP 体系中其值 是 75. 5 %和 102. 5 %。说明钛酸酯和 sbph (磷酸 酯类) 偶联剂处理碳酸钙体系更有效 ,其中 sbph 作 用更为明显 (图 2) 。 2. 3. 2 拉伸强度