PP_改性滑石粉复合材料性能研究_孙岳玲

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改性与成型加工等。

聚丙烯(PP)是一种无毒、无味、无臭，性能优良的通用塑料，但因其具有力学强度低、成型收缩率大、冲击韧性不高、抗蠕变性差等缺点，在应用上受到很大限制，不能作为高性能的工程塑料
[1-4]
，因此
有必要对其进行改性，使之实现工程化应用。

滑石粉是一种由层状硅酸盐晶体组成的矿物，可作为增强剂填充到塑料中，特别是填充到PP 塑料中，不但能够显著提高PP 制品的刚性、表面硬度、抗蠕变性、电绝缘性、尺寸稳定性，还可以提高PP 的冲击强度。

然而由于PP/滑石粉复合体系两相界面的亲和性不强，影响了体系的最终性能，特别是会导致某些力学性能的下降，因此为了改善两者之间的界面亲和性，必须对滑石粉进行表面改性处理[5-9]。

本研究以钛酸酯偶联剂为改性剂对滑石粉粉体进行表面改性，然后将未改性滑石粉和改性滑石粉分别与PP 共混，考察滑石粉用量对PP/滑石粉复合材料阻燃性能和力学性能的影响，并研究了改性前后复合材料力学性能及阻燃性能的变化。

1 实验部分
1.1 原料
PP ，PPB-M02，中国石化扬子石油化工有限公司；
滑石粉，1 250目，江阴市广源超微粉有限公司；钛酸酯偶联剂，LD-105，扬州市立达树脂有限公司；
丙酮，化学纯，扬州金石化扬子化工有限公司。

，SHR-800A ，张家港市科达机，东莞市伟庆实验设备有限公，SJ65，张家港市万塑机械有限
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PP/改性滑石粉复合材料性能研究
塑料注塑成型机，WY900，宁波银泽机械制造有限公司；
万能制样机，TWZY-24，吉林省泰和试验机有限公司；
万能材料试验机，JZL-D ，扬州江都精卓试验仪器厂；
简支梁冲击试验机，DM4020，扬州市东铭检测仪器科技有限公司；
氧指数测定仪，HA-3，东莞鸿安仪器有限公司；
维卡软化点测定仪，JR-W300C ，上海璟瑞科学仪器有限公司。

1.3 试样制备
采用共混法对滑石粉进行表面改性。

将滑石粉加入到高速混合机中，再加入用丙酮配制的钛酸酯偶联剂溶液，其中钛酸酯偶联剂用量为滑石粉用量的1.6%，改性温度80℃，改性时间15 min 。

将未改性滑石粉和改性滑石粉分别与PP 在高速混合机中共混(滑石粉用量分别为0、5、10、15、20、25、30 phr)。

将混合物在密炼机中密炼后经单螺杆挤出机造粒，用注射机注塑成型，冷却后在万能制样机上制样，以备性能测试。

1.4 性能测试
氧指数按GB/T 2406—1993进行测试；维卡软化温度按GB/T 1633—2000进行测试；拉伸性能按GB/T 1040—1992进行测试；冲击性能按GB/T 1043—1993进行测试。

2 结果与讨论
2.1 滑石粉用量对复合材料阻燃性能的影响
图1为滑石粉用量对PP/滑石粉复合材料阻燃性能的影响。

从图1可知，纯PP 的氧指数为17.4%。

随着滑石粉用量的增加，复合材料的氧指数均显著提高。

这是由于滑石粉的主要成分为含水硅酸镁(Mg 3(Si 4O 10)(OH)2)，
其受热会失去结晶水，水蒸发吸收大量的热，使得可燃气体的温度和浓度降低；而硅酸镁则会覆盖在可燃物表面，隔离氧气，阻碍聚合物进一步热分解，最终达到阻燃的目的。

其中添加了改性滑石粉的复合材料，其氧指数比添加未改
性滑石粉的复合材料明显上升。

这是因为改性滑石粉与PP 基体发生了化学反应或物理吸附，使二者之间的有机联系增强，改善了滑石粉在复合材料中的相容性和分散性，从而使其对复合材料的阻燃效果明显提高。

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▲▲图1 滑石粉用量对PP/滑石粉复合材料阻燃性能的影响
Fig.1The influence of talcum content on flame retardant properties of PP/
talcum composites
2.2 滑石粉用量对复合材料耐热性能的影响
图2为滑石粉用量对PP/滑石粉复合材料耐热性能的影响。

从图2可知，复合材料的维卡软化温度均随着滑石粉用量的增加而逐渐上升。

这是由于聚合物材料的耐热性能与高分子链的结晶能力、刚性及活动能力等因素有关。

由于滑石粉为无机刚性粒子，当其填充PP 后易发生聚集，阻碍了分子链运动，从而提高了复合材料的耐热性能。

从图2还可看出，改性滑石粉填充的复合材料，其耐热性提高幅度较大。

这可能是由于滑石粉经钛酸酯偶联剂表面改性后，其与PP 基体的相容性提高，从而改善了二者之间的界面黏结效果，故复合材料耐热性能较未改性滑石粉填充的复合材料略有提升。

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▲▲图2 滑石粉用量对PP/滑石粉复合材料耐热性能的影响
Fig.2 The influence of talcum content on heat resistance of PP/talcum
composites
2.3 滑石粉用量对复合材料力学性能的影响
2.3.1 拉伸强度
图3为滑石粉用量对PP/滑石粉复合材料拉伸强度的影响。

由图3可知，未改性滑石粉填充的复
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PP/改性滑石粉复合材料性能研究
合材料，其拉伸强度随着滑石粉用量的增加呈逐渐下降的趋势。

这是因为滑石粉与PP 相容性差，导致二者之间的界面黏结效果较差，在拉伸应力作用下，基体树脂与填料颗粒表面分开，并形成空穴，使承受外力的总面积减小，进而造成复合材料的拉伸强度下降。

而改性滑石粉填充的复合材料，其拉伸强度随着滑石粉用量的增加呈缓慢上升的趋势，其中当滑石粉用量为20 phr 时材料的拉伸强度最大。

这可能是因为经表面改性后，滑石粉与PP 树脂的界面黏合力增强，使所受到的拉伸应力在基体树脂与填料颗粒间得以传递，同时增加了承受外界负荷的
有效截面。

而当改性滑石粉过量时(＞20 phr)，滑石粉易发生聚集，从而降低了其与PP 基体之间的界面黏合力，因此复合材料的拉伸强度不升反降。

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▲▲图3 滑石粉用量对PP/滑石粉复合材料拉伸强度的影响
Fig.3 The influence of talcum content on tensile strength of PP/talcum
composites
2.3.2 断裂伸长率
图4为滑石粉用量对PP/滑石粉复合材料断裂伸长率的影响。

从图4可以看出，复合材料的断裂伸长率均随着滑石粉用量的增加逐渐降低。

这可能是由于滑石粉是刚性粒子，在外力作用下不易产生变形，且作为分散相的滑石粉颗粒在PP 树脂中起到应力集中的作用
，不能终止裂纹或产生银纹以吸收冲击能。

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▲▲图4 滑石粉用量对PP/滑石粉复合材料断裂伸长率的影响
Fig.4 The influence of talcum content on elongation at break of PP/
talcum composites
2.3.3 冲击性能
图5为滑石粉用量对PP/滑石粉复合材料冲击强度的影响。

从图5可以看出，未改性滑石粉填充的复合材料，其冲击强度随滑石粉用量的增加而逐渐降低。

这是由于滑石粉在PP 基体中分散性以及其与PP 基体的相容性较差，从而降低了界面黏合力所致。

此外，由于滑石粉与PP 基体的热膨胀系数不同，成型加工时在两相界面处易形成微细裂纹。

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▲▲图5 滑石粉用量对PP/滑石粉复合材料冲击强度的影响
Fig.5 The influence of talcum content on impact strength of PP/talcum
composites
从图5还可看出，对于改性滑石粉填充的复合材料，其冲击强度随着滑石粉用量的增加呈先上升
后下降的趋势。

这是因为经钛酸酯偶联剂处理的滑石粉无机粒子与PP 基体相容性较好，界面黏结强度较高，能有效阻止材料在冲击破坏过程中产生的裂纹扩展，从而提高了复合材料的冲击强度。

另外随着滑石粉用量的增加，滑石粉粒子与PP 基体结合的界面增多，承受外界负荷的有效截面也随之增加，因此复合材料冲击强度继续提高；同时改性滑石粉的添加会使复合材料在受到外力冲击时产生更多的微裂纹，从而耗散更多的冲击能，阻止裂纹进一步扩展。

但随着滑石粉用量的进一步增大(＞20 phr)，由于分散在PP 基体中的滑石粉刚性粒子过于接近，使微裂纹易发展为宏观开裂，进而导致体系的冲击性能下降。

3 结论
(1)滑石粉的添加对PP 的阻燃性能和耐热性能
均具有提升作用，其中经钛酸酯偶联剂表面改性的滑石粉对材料阻燃性能和耐热性能的改善作用更明显。

(2)未改性滑石粉的加入在一定程度上降低了
PP/滑石粉复合材料的拉伸强度、
断裂伸长率、冲
PP/改性滑石粉复合材料性能研究
击强度等力学性能，而适量改性滑石粉的添加(≤20 phr)，则使复合材料的拉伸强度和冲击强度有所提升。

(3)经钛酸酯偶联剂表面改性的滑石粉可以有效提高PP/滑石粉复合材料的阻燃性能和耐热性能，而适量改性滑石粉的添加同时还能提升复合材料的力学性能，因此PP/改性滑石粉复合材料具有很大的市场价值和应用价值。

参考文献：
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LG化学向我国出口分离膜专利技术
LG化学近日宣布，与我国最大二次电池分离膜企业深圳市星源材质科技股份有限公司签署了分离膜相关专利技术许可协议。

LG化学将收取使用该专利技术分离膜销售额的部分专利使用费。

在二次电池中，分离膜将起到分离正负两极的作用，是防止电极间导电的主要材料。

本次出口的分离膜专利技术由LG化学2004年自主开发，采取在分离膜材料上涂上陶瓷后加热的方式，提升韧度、强化安全性。

该项技术于2007年在韩国得到专利，随后在美国、中国、欧洲和日本也先后获取专利。

LG化学相关人士表示，LG电池得以被通用汽车、雷诺、沃尔沃、奥迪等国际汽车公司以及AES、SCE等全球发电公司选为指定电池供应商，陶瓷分离膜技术起到了决定性作用。

出口该专利技术后，LG化学的陶瓷分离膜技术市场支配力有望进一步提升。

Sabic与Elopak携手推出一款表层涂覆塑料的
新型饮料盒
沙特基础工业公司(Sabic)与流质食品包装公司Elopak 携手合作，将在北欧推出一款表层涂覆塑料的饮料盒。

这种塑料由Sabic经过认证的可再生PE制成。

根据曼彻斯特大学发布的一份生命周期分析报告，Sabic的第二代可再生聚烯烃可降低PE和PP生产过程中化石燃料的用量。

从原料到塑料，使用由废弃油脂替代传统原料来制造可再生原料，能将所需化石燃料降低84%。

“同时，在市场上每使用1 kg这样的产品，二氧化碳排放量就能降低4 kg。

”Sabic创新和可持续性聚合物总监Stevende Boer说道。

Sabic向Elopak提供的可再生PE旨在解决塑料包装行业对高性能挤压涂层薄膜不断上涨的需求。

“这款饮料盒是饮料包装的可再生选择，Sabic的可再生聚合物使我们能够供应100%可再生的包装。

”Elopak 企业环境总监Kristian Hall说道，“在我们努力降低产品碳足迹的过程中，这是一个重要的里程碑。

在流质食品包装中，这款饮料盒的碳足迹已经是最低的。

我们的愿景是推出对环境零影响的产品，这是实现目标所走出的非常重要的一步。

”
万华推出MDI型聚氨酯仿乳胶大块泡技术
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