无机刚性粒子增韧聚丙烯的影响因素.pdf

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1、第30卷第3期应用化学V0l_30Iss．32013年3月CHINESEJ0URNAL0FAPPLIEDCHEMISTRYMar．2O13无机刚性粒子增韧聚丙烯的影响因素邹寅将生瑜朱德钦(福建省高分子材料重点实验室，福建师范大学材料科学与工程学院福州350007)摘要简要介绍了无机刚性粒子对聚丙烯(PP)的增韧机理，并着重介绍了利用无机刚性粒子增韧PP时，PP基体、无机刚性粒子的性质及用量、无机刚性粒子在PP基体中的分散情况、无机刚性粒子与PP基体间的界面相互作用等因素对增韧效果的影响。关键词聚丙烯，无机刚性粒子

2、，增韧机理，影响因素中图分类号：0632文献标识码：A文章编号：1000-0518(2013)03-0245-07DOI：10．3724／SP．J．1095．2013．20430聚丙烯(PP)具有优良的力学和加工性能、电绝缘性和耐腐蚀性，但其耐低温性能及抗冲击性能较差，使其难以满足作为高强度、高韧性新材料的要求。利用橡胶或弹性体增韧PP取得了很大成功，其增韧机理也较为明确[5-12]，但由于橡胶或弹性体的玻璃化转变温度和模量较低，在提高塑料韧性的同时，也带来固有的缺陷，如材料的强度、刚度和热畸变温度大幅度下降。上

3、世纪80年代，Kurauchi等在研究PC／SAN共混时，提出了刚性粒子增韧聚合物的新概念，并且首先提出了非弹性体增韧理论——“冷拉增韧机理”。随后，许多学者。从增韧机理、力学性能和界面效应等方面进行了较深入的研究，使无机刚性粒子增韧聚合物技术有了重要的突破。近几年来，无机刚性粒子增韧PP的研究已成为材料学科的热点。。对于无机刚性粒子增韧PP体系，基体、无机刚性粒子的性质及用量、无机刚性粒子与基体间的界面相互作用、无机刚性粒子在基体中的分散情况是影响增韧效果的主要因素。1无机刚性粒子增韧聚合物机理利用无机刚性粒子

4、增韧聚合物的机理模型如Scheme1所示。主要包含3个阶段引：I)应力集中。由于无机刚性粒子与聚合物基体具有不同的弹性，无机刚性粒子在聚合物基体中作为应力集中点。Ⅱ)脱粘。当材料发生形变时，应力集中使粒子周围产生三维应力，并导致粒子和基体的界面脱粘。Ⅲ)剪切屈服。由于脱粘所造成的空洞使粒子周围基体的应力状态从平面应变转变为平面应力，并诱导基体剪切形变，从而耗散大量能量，提高复合材料韧性。Scheme1Tougheningmechanismsbytheincorporationofinorganicrigidpar

5、ticles2012-09-26收稿，2012—10—15修回福建省科技厅重点资助项目(2008Y0036)；福建省自然科学基金资助项目(2010J01276)通讯联系人：朱德钦，教授；Tel：0591~3448956；Fax：0591~3525029；E-mail：zhudeqin@163．corn；研究方向：聚合物基复合材料246应用化学第30卷2影响无机刚性粒子增韧PP的因素2．1PP基体无机刚性粒子对聚合物的增韧是通过刚性粒子促使聚合物基体产生塑性形变和屈服以消耗、吸收外界的能量，由此提高复合材料的韧性。

6、因此，聚合物基体必须具有一定的韧性和塑性形变能力。PP为半结晶聚合物，韧性较差，影响无机刚性粒子的增韧效果。为此，可用丙烯和少量乙烯单体共聚，得到主链上丙烯或乙烯无规分布的共聚PP，以破坏其规整性。即使很少乙烯链段的存在，也使PP的结晶能力大大降低，从而提高了分子链的柔顺性，使PP基体韧性增加。Yang等_29训研究了3种不同的PP基体(均聚PP、共聚PP、均聚PP和共聚PP按质量比1：1混合)对PP／CaCO复合材料性能的影响，结果表明，当CaCO，含量适当时，3种PP基复合材料的冲击强度均得到提高，但基体为共

7、聚PP和含有共聚PP的复合材料提高得更多。PP基体的相对分子质量及其分布也是影响PP韧性的一个重要因素。研究表明[32-33J，相对分子质量增大，PP非等温结晶速度减慢，结晶度降低；相对分子质量分布变窄，加快结晶速度，增大结晶度，而且推论此时高低相对分子质量组分间的相互作用小，彼此均以相近的速度结晶，所以难以生成大球晶，而使球晶细化，从而影响PP基体的韧性。PP基体相对分子质量的大小还影响复合材料发生脆．韧转变的临界基体层厚度，相对分子质量越大，材料发生脆一韧转变的临界基体层厚度越厚。Lin等在研究2种不同相对分

8、子质量的PP基体(H—PP，M=55000；E—PP，M=87000)对PP／CaCO复合材料性能的影响时发现，在CaCO，粒子质量分数分别为25％和10％时，H．PP和E—PP2种基体的复合材料冲击强度突增(图1)，发生脆·韧转变。Lin认为，(CaCO粒子)为25％和10％分别为2种基体发生脆一韧转变的临界粒子浓度，临界基体层厚度与聚合物基体的性质有关，与H．PP相比