增韧聚丙烯复合材料制备设计

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1、材料工程学院课程设计说明书1、概述1.1增韧聚丙烯复合材料制备的意义聚丙烯（PP）是目前用量最大的通用塑料之一，因其具有密度小，价格低，无毒性，加工性能优良，耐腐蚀，透明性好，耐用力龟裂及耐化学药品性较佳等，被广泛的应用于化工，机械，汽车，日用品等各个领域，在制品领域中所占的市场份额越来越大，但是由于PP分子链中甲基的存在，使分子链柔顺性下降，因而结晶度高、晶粒粗大，表现出成型收缩率大，脆性高，而韧性差是其较为严重的缺陷之一，这就限制了PP的应用。在中国，有些通用PP树脂产量较大，而高档PP树脂则较少，如耐冲击型1330只占5%，国内需求量较大的树脂如洗衣机PP专用料

2、、双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)专用料产量不过5～6万t，其余几乎全部依赖进口。为满足使用要求，提高PP的韧性迫在眉睫[1]。1.2国内外生产状况及工程应用为提高PP综合性能，国外一般采用反应釜共聚合、共混料的方法，即在反应釜中进行丙烯、乙烯等的共聚合，同时进行PP与乙丙橡胶(EPR)等的共混。这种方法生产的专用料性能优异，但生产技术要求较高，国内尚未实现[2]。国内大都采用EPDM(三元乙丙橡胶)、EPR等作为增韧剂，对PP进行增韧改性。EPDM虽然能有效地增韧PP，但也存在许多缺点：虽然冲击强度得到了提高，但是拉伸强度、弯曲模量、热变形温度等性能下降很大，且用量较

3、高，成本高。[3～5]第17页共17页材料工程学院课程设计说明书2、高分子复合材料配方设计2.1配方设计以聚丙烯（PP）、SBS（苯乙烯-丁二烯共聚物）为主体材料，以碳酸钙（CaCO3）为填充剂，以乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）接枝马来酸酐为相容剂，通过采用熔融混合挤出得PP/SBS/CaCO3复合材料。通过对PP/SBS/CaCO3复合材料的力学性能、流动性能、耐热性、热性能进行测试和分析，观察SBS、CaCO3用量对PP/SBS/CaCO3复合材料的力学性能、流动性能、耐热性、热性能的影响规律，为PP/SBS/CaCO3复合材料的制备与应用奠定基础。2.2基本原料聚丙

4、烯(PP)，F401，齐鲁石油化工公司；纳米CaCO3，山西晋城兰花华明纳米材料有限公司；石蜡,市售；EVA，SBSTPE-475E注塑级，台湾橡塑。2.2.1SBS的性质S代表苯乙烯，B代表丁二烯，SBS就是采用自由基聚合生产的嵌段共聚物形式的丁苯橡胶。聚合物两端为苯乙烯聚合物链段，中间为丁二烯聚合物链段，形成ABA型的三嵌段共聚物。而SBS橡胶通常是指对SBS进行加氢处理后的SBS，通过加氢处理消除了聚丁二烯嵌段中的双键，使SBS橡胶具有了良好的抗氧化能力。SBS具有高弹性，耐低温等特性，同时它兼具硫化橡胶和热塑性的优良性能，可以较好的增韧PP，有关研究表明：当S

5、BS的含量较低时，SBS作为分散相，它在连续相PP中形成“海岛”结构，此结构对PP的增韧起到了很重要的作用，它的突出优点是在较大幅度提高PP韧性的同时，其模量和强度下降不多，耐热性变化不大，这些优异的特性与其两相结构有密切关系。连续相PP起到了保持整体材料模量，强度和玻璃化温度不至于过多下降的作用，而分散相胶粒却能帮助和吸收能量[6]。2.2.2纳米碳酸钙的性质纳米碳酸钙又称超微细碳酸钙。标准的名称即超细碳酸钙。纳米碳酸钙应用最成熟的行业是塑料工业主要应用于高档塑料制品。可改善塑料母料的流变性，提高其成型性。用作塑料填料具有增韧补强的作用，提高塑料的弯曲强度和弯曲弹性

6、模量，热变形温度和尺寸稳定性，同时还赋予塑料滞热性。纳米碳酸钙用于油墨第17页共17页材料工程学院课程设计说明书产品中体现出了优异的分散性和透明性和极好的光泽、及优异的油墨吸收性和高干燥性。纳米碳酸钙在树脂型油墨中作油墨填料，具有稳定性好，光泽度高，不影响印刷油墨的干燥性能．适应性强等优点。在这个实验中，由于纳米级CaCO3粒径很小，比表面积很大，与PP复合时，会产生很大的界面相互作用，使无机粒子的刚性、热稳定性、尺寸稳定性与塑料的韧性、介电性、加工性等有机结合起来，得到综合性能优良的复合材料[7]。其增韧机理在于纳米CaCO3粒子的加入使基体的剪切力连续不断地分解弹

7、性体粒子，导致弹性体粒径变小，分散性更加均匀和对基体的增韧作用增强；弹性体同时也给基体提供了很高的内在韧性，使CaCO3能有效的增韧聚合物基体，进而与纳米CaCO3粒子产生协同增韧作用。2.2.3乙烯-醋酸乙烯酯EVA是乙烯醋酸乙烯酯共聚物，它是由乙烯（E）和乙酸乙烯（VA）共聚而制得，英文名称为：EthyleneVinylAcetate，简称为EVA，或E/VAC。结构式为：（CH2CHOH）n。EVA树脂的特点是具有良好的柔软性，橡胶般的弹性，在-50℃下仍能够具有较好的可挠性，透明性和表面光泽性好，化学稳定性良好，抗老化和耐臭氧强度好，无毒性。