聚丙烯纳米粒子共混复合材料的形态、结构与性能研究

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1、四川大学硕士论文聚丙烯／纳米粒子共混复合材料的形态、结构与性能研究材料学专业硕士生：肖岩指导教师：傅强教授聚丙烯(PP)是半结晶热塑性聚合物，具有密度小、耐热性好、易加工等优点，是一种综合性能优良的通用塑料。但由于其韧性差、缺口冲击强度低、缺口敏感性大等缺陷，极大地限制了聚丙烯在各个领域中的应用。为了克服这一缺点，目前仍然主要采用三元乙丙橡胶(EPDM)、聚烯烃热塑性弹性体(POE)等对其共混改性，但是弹性体的加入常常不可避免地使材料的一些性能如模量、抗张强度和熔体流动性等有所下降。而粉末纳米橡胶的出现，一

2、方面在低用量的条件下起到增韧聚合物的作用，另一方面在一定程度上克服了传统增韧方法的缺陷。另外，要扩大聚丙烯应用范围成为工程塑料的替代，则聚丙烯的刚性和强度也需要进～步的提高。碳纳米管是近年来发展起来的一种新材料，由于其结构独特、性能优异以及具有大的长径比，它作为理想的增强材料被应用在聚合物中。本论文综述了聚丙烯改性的发展和现状，并在此基础上介绍了本课题的立题背景。其主要目的在于通过引入粉末纳米橡胶、碳纳米管，对聚丙烯进行增韧增强，制备具有更好性能的复合材料，并讨论了结构和性能之间的关系。具体工作如下：1．采

3、用动态保压和普通注塑两种方法制备PP／ENP复合材料，研究了不同的加工方法对共混物形态及性能的影响。动态保压技术的引入，使得聚合物熔体在剪切力场下反复流动，高聚物分子高度取向，材料的力学性能得到明显的提高；同时，剪切力有助于橡胶的分散，在橡胶含量为2％时，动态样条的拉伸四jll大学硕士论文强度和冲击强度同时得到了提高；而对于静态样条，其力学性能普遍下降。采用DSC和PLM研究了纳米橡胶的加入对聚丙烯结晶行为的影响。DSC结果表明纳米橡胶使聚丙烯的结晶温度提高，起到了成核剂的作用。从PLM照片可以发现)JWA

4、．纳米橡胶后，聚丙烯的结晶情况发生了明显的变化，球晶边界模糊，球晶尺寸变小。2．由于橡胶在基体中的分散状况会直接影响其增韧效果，对于纳米橡胶来说，这一点则显得更加重要，因此在PP／HDPE／ENP三元体系中，我们采用两种不同熔融指数聚丙烯以及不同的加工方法来改善纳米橡胶在基体中的分散状况，研究其对聚丙烯增韧效果的影响。当加入纳米橡胶时，两种体系的冲击强度均没有发生明显的变化。这可能是由于在PP／HDPE／ENP三元体系中，含量较高的HDPE起到了增韧作用，以及少量的ENP在体系中分散情况较差所造成的。而采用

5、母料法制备共混物，其性能明显要好于一步法，可见纳米橡胶得到了相对较好的分散。3．普通橡胶增韧聚丙烯会出现脆韧转变现象，而当ENP加入PP／EPDM体系时，共混体系脆韧转变提前发生。通过观察其形貌发现，纳米橡胶的加入使EPDM粒子明显细化，粒子间距也有减小，导致平均基体层厚度提前达到临界值，从而发生了脆韧转变提前的现象。4．用碳纳米管增强聚丙烯，研究了其含量、加工方法等对聚丙烯的力学性能、结晶行为的影响。动态样条的力学性能远超过了静态样条，在碳管含量为O．6％时，动态样条的拉伸强度从纯样的51MPa增加到了6

6、0MPa，同时，冲击强度也提高了50％，而静态样条的性能则基本上保持不变。从SEM也可以看出，动态样条中碳纳米管的分散要好于静态样条。PLM照片表明：碳纳米管的加入，具有使聚丙烯晶粒细化以及破坏聚丙烯球晶规整性的作用，这可能也是材料力学性能提高的原因之一。DSC的结果则表明碳纳米管起到了成核剂的作用，仅在含量为0．3％时就使体系的结晶温度提高了lO℃左右。关键词：聚丙烯纳米橡胶碳纳米管形态结构型型查堂堡土堡兰——第一章绪论随着科学技术的飞速发展，人们对聚合物材料应用性能的要求越来越广泛和苛刻。例如：既希望聚

7、合物材料耐高温，同时又要求其易于加工成型；既要求有卓越的韧性，又要有较高的硬度；不仅性能良好而且价格低廉。对于这些多种多样的要求，单一的均聚物往往是难以满足的。于是近年来，对聚合物进行复合改性的研究越来越得到工业界和科学界的重视，并已成为开发新型高性能高分子材料的重要途径之一【j。J。。为了制备综合性能优异的聚合物材料，人们主要采用了两类方法：一种是合成新的聚合物；另一种则是对现有聚合物进行化学改性。据国外统计，一种新型工业化聚合物，从研制到投入生产大约需要近两亿美元的投资，而相比之下，对聚合物进行共混、填

8、充及复合改性则是既简便有效又经济可行的方法。较早时期，人们采用弹性体来改性聚合物，大大的提高了一些聚合物的力学性能，扩展了其应用范围并且实现了工业化：同时对于弹性体增韧聚合物的原因进行了深入研究，进而提出了一系列的增韧机理，用于指导新型材料的设计和制备。但是由于弹性体在提高聚合物韧性的同时具有降低材料刚性和模量等缺点，人们又开始采用刚性粒子来增韧聚合物，希望能够得到既增韧又增强的效果，并形成相应的增韧理论。近年来