无机粒子填充聚合物复合材料的储能模量及其表征

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1、万方数据第36卷第11期2008年11月华南理T大学学报(自然科学版)JoumalofSouthChinaUniVerSityofTechnology(NaturalScienceEdition)V01．36No．11Novembcr2008文章编号：1000-565x(2008)11．0143．04无机粒子填充聚合物复合材料的储能模量及其表征梁基照(华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640)摘要：储能模量是衡量聚合物材料刚性及弹性的一个重要指标。文中首先讨论了无机粒子填充聚合物复合材料储能模量的影响因素，并对其进行定量表征；然后应用DuPont动态力

2、学分析仪，在温度一150～100℃下测量了玻璃微珠填充低密度聚乙烯(LDPE／GB)复合材料的动态力学性能；最后应用文中提出的储能模量公式分别估算了LDPE／GB和文献报道的氢氧化铝填充三元乙丙胶(EPDM／Al(OH)，)于实验条件下的相对储能模量，并与已有的储能模量公式的计算值进行比较．结果表明，文中提出的公式的预测值与实测数据较为吻合．关键词：聚合物；无机粒子；填充复合材料；储能模量中图分类号：TQ050．4+3文献标识码：A黏弹性是表征材料加工及使用性能的重要参数之一．对于聚合物共混物及颗粒填充聚合物复合材料，由于界面的形成，导致材料的结构与性能之间的关系

3、更趋复杂．应用动态力学分析仪可测定聚合物材料的黏弹特性参数，如储能模量、损耗模量、力学阻尼等，并提供较多有关分子链结构及界面等方面的信息¨4J．储能模量(E’)是衡量聚合物材料刚性及弹性性质的一个重要指标，备受人们的关注．已提出过一些E7与其他参数相互关系的定量描述瞪母]，如Einstein公式、Guth公式和Halpin-Tsai公式¨0‘．然而，在这些公式中，并未考虑粒子的相巨作用及其与基体之间的界面形态等因素，故与实际存在一定的偏差．本文荤点探讨了无机粒子形状及其与树脂基体之I'Hj的界而作用对填充聚合物材料储能模量的影响，并对其进行定量表征．1理论描述1．

4、1影响储能模量的因素对于聚合物复合材料，通常用相对储能模量(E；)来表征E’与其他参数的相互关系．E：定义为E：=E：／E二(1)式中：E：和E二分别代表复合材料和基体树脂的储能模量．当基体树脂一定时，影响E：的主要因素有填充粒子的含量、形状、粒径及其分布，填充粒子在基体树脂中的分布和分散状态，以及两者之间的界面形态等．即E鲁=八妒，，d，手，⋯)(2)式中：妒，是填充粒子的含量(体积分数)，d是填充粒子的直径，亭是与粒子在基体中分散和界面粘合强度有关的参数．1．2储能模量的定量描述对于球形粒子在基体中无规分布，若界面无滑动，则E；可用著名的Einstein公式描

5、述‘10]：E：=1+2．5妒f(3)Guth通过引入粒子间相互作用项，提出扩展的Einstein公式¨o

6、：E：=1+2．5妒f+14．1妒；(4)为逼近细观力学分析的结果，Halpin和Tsai提出一如下的简化方程‘loJE；t=芒等(5)。8一l一竹‘Df～J，和m—l叩2i巧(6)式中：f是取决于粒子几何形状、堆砌及载荷条件的收稿口期：2007．11-28作者简介：梁基照(1953-)，男，教授，博士生导师，主要从事聚合物材料加工与性能表征的研究．E．rnajl：lian西z@scut．edu．cn万方数据华南理工大学学报(自然科学版)第36卷参数．对于球

7、形粒子，f=2．m=E；／E二，E；是填充粒子的储能模量．在先前的工作中限9

8、，基于无机粒子形状及其与树脂基体之间界面作用对填充聚合物材料储能模量的影响，提出了一简化的储能模量公式耻1+带‰(7)及A：黑(8)儿2面而¨’式中：孝是与粒子几何形状和界面粘合状态有关的参数；矽。是基体树脂的泊松比．2买验2．1原材料与试样制备基体树脂为低密度聚乙烯，牌号为LDPEG812，密度和熔融指数分别为o．917g／cm3和35g／10min．填料选用实心玻璃微珠(GB)，美国P0tters工业公司提供．玻璃微珠的密度为2．5∥cm3，平均直径为93斗m．微珠已由供应商用硅烷偶

9、联剂作表面预处理．将LDPE及GB经简单混合后投入双螺杆挤出机进行熔融混合、造粒，然后干燥．GB的质量分数(埘G。)分别为10％、20％、30％和40％．最后，用塑料注射机在160～180℃范围内成型动态力学实验用的LDPE／GB复合材料标准试件．2．2仪器和方法使用美国DuPont仪器公司的动态力学分析仪(DMA983)，在一150～100℃范围内，测量了LDPE／GB复合材料的动态力学性能．试样的尺寸为长×宽×厚=55mm×12．9mm×3．2Ⅲm，由两平行臂装夹．温升速度为2℃／IIlin，振动频率为lHz，振幅为0．6mm．3结果与讨论3．1温度对储能模量

10、的影响实验