云母粉对聚丙烯微孔发泡行为和力学性能的影响.pdf

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现代塑料加工应用2012年第24卷第2期MoDERNPLASTICSPROCESSINGANDAPPLICATIONS·39·云母粉对聚丙烯微孔发泡行为和力学性能的影响郑祥h张凯舟柯昌月h龚维赵武学(1．贵州大学，贵州贵阳，550003；2．国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心，贵州贵阳，[；50014；3．上海交通大学化学化工学院，上海，200240)摘要：将云母粉加入到聚丙烯(PP)中，在二次开模条件下制备微孔发泡PP／云母粉复合材料，分析了不同含量的云母粉对微孔发泡复合材料发泡行为及力学性能的影响。结果表明，当云母粉质量分数为6％时微孔发泡复合材料的泡孔尺寸最小，泡孔密度最大；随着云母粉加入量的增大微孔发泡复合材料的缺口冲击强度略有降低，拉伸强度基本保持不变。关键词：徽发泡云母粉聚丙烯发泡行为力学性能EffectsofMicaPowderonPPMicroFoamingBehaviorandMechanicalPropertiesZhengXiang’。ZhangKaizhou。KeChangyue’。GongWeiZhaoWuxue。(1．GuizhouUniversity，Guizhou，Guiyang，550003；2。NationalEngineeringResearchCenterforCompoundingandModificationofPolymerMaterials，Guizhou，Guiyang，5500]．4；3．SchoolofChemistryandChemica1Engineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai，200240)Abstract：Micapowderwasaddedintopolypropylene(PP)matz。ixtopreparemi—crocfoamPP／micapowdercompositebymeansoftwice-openingmouldingtechnology．Theeffectofmicapowder—contentonfoamingbehaviorandmechanicalpropertyofmi--crocellularcompositewasstudied．Theresultsshowthatasthemicapowdercontentis6，sizeofbubbleholesisminimumandbubbleholedensityisthe1argest．Alongwiththeincreaseofthequantityofmicapowderinthefoamcompositematerials，notchedimpactstrengthdecreasessli．ghtly，tensilestrengthbasicallyremainsth．esame．Keywords：microcellularfoam；micapowder；polypropylene；foamingbehavior；me—chanicalproperty微孔发泡塑料是指泡孔直径为0．1～云母粉复合材料，分析不同云母粉含量对PP微100．0pm，密度在1×i0。～1×10个／c的1种孔发泡行为和力学性能的影响。新型塑料，1979年由美国麻省理：学院(MIT)首次研制成功[1]。据统计聚合物的微孔发泡材料可1试验部分以使聚合物产品的生产成本降低’LO～2O[2]。微孔塑料作为1种新型材料，兼有结构与功能材1．1主要原料PP，牌号T30S，广东茂名股份有限公司；云料的特性，具备轻质、高比强度和刚度以及优良的物理性能Is]。聚丙烯(PP)具有熔点高、耐热性好、收稿日期：2011-11-07}修改稿收到日期z2012-01-30。密度小、机械性能优异和化学稳定性好等优点，是作者筒介：郑祥，在读硕士研究生，主要从事聚合物改性的制备发泡制品的理想材料。研究。E-mail{zhengxiangO323@163．tom。本研究以异相成核理论为基础，以化学发泡基金项目：贵州大学研究生创新基金项目(校研理工为主线，向PP中加入云母粉制备微孔发泡PP／2011047)资助。 郑祥等．云母粉对聚丙烯微孔发泡行为和力学性能的影响平均直径较大，有泡孔合并和塌陷现象。图1分数为6时达最大值2．3×10个／cm。，然后又(b)至图1(f)云母粉的添加量由2(质量分数，逐渐降低；这是由于云母粉的加入可以使微孔发下同)增加至1o，随云母粉含量的增大泡孔变泡材料的泡孔分布更加均匀，泡孔变小，泡孔密得规则，当添加量为6时泡孔的直径最小，当度提高。但是云母粉团聚后使泡孔变大，泡孑L密云母粉加到8或10时泡孔的直径又有变大度下降。的趋势且存在并泡的现象。这是因为无机填料2·的加人，与基体材料PP形成众多液一固界面，这色2·些低能点界面具有异相成核作用，从而提高了发泡体系中的成核率，成核率的提高是获得细小泡1糨1孔平均直径的必要条件；另外，无机填料的加入霸：导致PP复合材料结晶度的增加，泡孔长大时阻止气体膨胀能力强，从而获得较小的泡孔平均直径[5]。但是当云母粉含量增大时就会在PP复图3云母粉用量对做孔发泡材料泡孔密度的影响合材料中产生团聚的现象，此时富集在无机相上2．4云母粉对力学性能的影响的微小气泡就会迅速聚集长大成为大气泡，表现2．4．1冲击强度为气泡的合并。图4是云母粉用量对PP复合材料冲击强2．2云母粉对泡孔直径的影响度的影响。从图4可以看出，随着云母粉的加图2为云母粉用量对微孔发泡材料泡孔直入，发泡PP复合材料的冲击强度略有降低，大径的影响。从图2看出，随着云母粉含量的增加致维持在4．9kJ／m。。随着云母粉含量的增加未泡孔尺寸逐渐减小，当云母粉质量分数为6％发泡PP复合材料的冲击强度先降低后升高。时，泡孔平均直径为27m，而纯PP微孔发泡片状的云母的加入会插入基体分子链中，使分子材料的泡孔平均直径为48Ilm，加入云母粉后链运动困难，并且对基体材料有一定的塑化作PP复合材料的泡孔平均直径减小明显，说明了用，导致材料的韧性下降；而当云母的含量到达云母粉的加入对PP复合材料的发泡有明显的一定量时，片状的云母可以起到传递应力的作异相成核作用。这主要是由于云母粉加入到发用，并且引发更多的银纹，剪切带及空洞化效应泡体系中，云母粉与PP基体会形成一定的交界产生，在材料断裂的过程中，吸收大量的形变能，面，而交界面处存在一些低能点，气泡成核需克促使复合材料的韧性增加。服的自由能垒较低，有利于气体在低能点处形成气泡核J。5034．曼45冀。404．(I2468lO3o云母粉质量分数，％25图4云母粉用量对PP复合材料冲击强度的影响圈2云母粉用■对微孔发泡材料泡孔直径的影响当微孔发泡的PP复合材料在受外力冲击2．3云母粉对泡孔密度的影响作用下，微孔的存在一方面使得裂纹扩展断面的图3为云母粉用量对微孔发泡材料泡孔密有效截面积减小导致冲击强度的下降；另一方面度的影响。从图3可以看出云母粉能明显提高微孔的存在也会改变松弛裂纹尖端的应力，或改微孔发泡材料的泡孔密度；微孔发泡材料的泡孔变裂纹扩展方向增加裂纹扩展功；并且材料受到密度随着云母粉用量的增加先增大，云母粉质量外力冲击时泡孔会发生变形，吸收部分能量，从 现代塑料加工应用2012年4月而提高材料的冲击强度。3结论2．4．2拉伸强度图5为云母粉用量对PP复合材料拉伸强a)云母粉能明显降低PP微孔发泡材料的度的影响。从图5中可以看出，发泡PP复合材泡孔平均直径，当云母粉含量为6时微孔发泡料的拉伸强度要低于未发泡PP复合材料的；随材料的泡孔平均直径最低为27肛m，最大泡孔密着云母粉含量的增大，拉伸强度略有升高。微孔度为2．3×10个／cm。，异相成核作用非常明显。发泡PP复合材料的拉伸强度低于未发泡的主b)加入云母粉后微孔发泡材料缺口冲击要是由于材料中有气泡的存在降低了受力的有强度略有降低，但是始终要高于未发泡PP复合效截面积，外力作用在泡孔的时候，致使裂纹过材料的；加入云母粉后不论是发泡材料还是未发早产生和发展，所以微孔发泡PP复合材料的拉泡材料的拉伸性能都基本保持不变，且微孔发泡伸强度低于未发泡PP复合材料的。对于片状材料的拉伸强度要低于未发泡的。结构的云母粉加到未发泡的PP中来说，与聚合参考文献物混合时容易插入到聚合物的分子链中，使得聚[1]KumarV，VandarwelM，WellerJ，eta1．Experimental合物分子链运动困难，从而使得材料的强度增characterizationofthetensilebehaviorofmicrocellar加；此外，在共混加工时，片状云母粉会沿流动方polycarbonatefoam[J]．JEngMatTech，1994，116(4)：439—445．向取向排列，在拉伸时取向的片层会承受很大负E21吴舜英，徐敬一．泡沫塑料成型EM3．北京：化学工业出版载，起到增强作用，拉伸强度得到小幅的提高。社，1992．E3]RodriguezPerezMA，VelascoJI，ArenconD．Me—chanicalcharacterizationofclose&cellpolyolefinfoamsEJ]．JournalofAppliedPolymerScience，2007，75：156—曩166．[43GuoMingcheng，HeuzeyMarieelaude，PierreJCar—嚼reau．Cellstructureanddynamicpropertiesofinjec—翥tionmoldedpolypropylenefoams[J]．PolymerEngi—neeringandScience，2007，47：1070—1081．E51龚维，高家诚，何力，等．微发泡聚丙烯／晶须复合材料的发云母粉质量分数，％泡行为与力学性能[J]．高分子材料与工程，2011，27(3)：67—7O．圈5云母粉用■对PP复合材料E6]赵武学，何力，朱艳，等．竹粉对微发泡聚丙烯发泡行为的拉伸强度的影响影响I-J]．现代塑料加工应用，2010，22(4)；49—51．北美首次出现特殊耐热尼龙PolyOne公司收购ColorMatrix集团公司据“www．ptonline．corn”报道，2011年12月底，位于据“www．ptonline．toni”报道，BASF公司工程塑料美国克利夫兰市的PolyOne公司完成了对位于俄亥俄州部在底特律的北美国际汽车展上介绍了他们在北美的Berea的ColorMatrix集团公司的收购。ColorMatrix集UltramidEndure耐热尼龙生产线。UltramidEndure耐团公司主要进行液体着色及生产定量加料装置，另外还热尼龙最早出现在德国K2010展览会上，这是1种含有生产着色剂、氟聚合物用添加剂以及PET(聚对苯二甲特殊化学稳定剂的尼龙66，这种化学稳定剂会形成1种酸乙二醇酯)及其他树脂的专用添加剂。而在2011年4保护表层，从而使这种尼龙在耐疲劳试验中，经过月ColorMatrix集团公司才购买了位于俄亥俄州Barber—220℃，3000h的试验后仍能保持它的高强度，超出了ton的Gayson硅酮分散剂公司(GSDI)，这家公司主要生其他热塑性塑料的耐热性能。这种尼龙主要目标是用于产着色剂及硅酮分散剂。汽车引擎内部元件，在汽车内甚至于可以承受240℃的(以上由中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院曝露峰温。黄赋云供稿)