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

第20卷第1期高分子材料科学与工程

VO1.20 NO.1

2004年1月POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING Jan.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NDZ101:南京曙光化工厂产品G

1.2仪器及设备

毛细管流变仪:DCS5000型日本岛津公司9双辊筒炼塑机:SK160B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B G(注:偶联剂用量为滑石粉的1%)

填料

+

PP/HDPE

f

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l mm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=(d lg z/d lg7)由数学回归得出;表观切粘度7=z/6

f ig.1Curves of viscosity vs.shear rate for PP/HDPE

(70/30)

D:l80C;.:l90C;A:200C.

f ig.2Curves of viscosity vs.shear rate for treated talc

A system(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

f ig.3Curves of viscosity vs.shear rate for treated talc

B system(10%)

D:l80C;.:l90C;A:200C.

f ig.4Curves of viscosity vs.shear rate for treated talc

B system(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