纳米微米碳酸钙颗粒复配填充对聚丙烯机械性能的影响[c]

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1、纳米/微米碳酸钙颗粒复配填充对聚丙烯机械性能的影响章峻1,2、李利1、周宁琳1、魏少华1、卢栅1、沈健1,2,*沈健：通讯联系人，1957年生，男，博士，教授、博士生导师。本文得到科技部重大基础研究前期研究专项项目计划任务2005CCA00400；江苏省教育厅项目04KJB430072的资助。（1南京师范大学化学与环境学院江苏省生物医药功能材料工程研究中心南京2100972南京大学表面和界面化学工程技术研究中心南京210093）摘要：将5wt％的纳米碳酸钙和15wt％2500目的微米碳酸钙进行粒径复配

2、，并填充入80wt％的聚丙烯树脂中，制成聚丙烯/纳米-微米碳酸钙复配填充复合材料样品。并对纯聚丙烯、聚丙烯/微米碳酸钙复合材料、聚丙烯/纳米碳酸钙复合材料、聚丙烯/微米-纳米碳酸钙复配填充复合材料的机械性能进行了对比研究。结果发现，相对于其他样品，聚丙烯/微米-纳米碳酸钙复配填料复合材料的韧性得到了明显的提高。关键字：聚丙烯、碳酸钙、粒径复配前言聚丙烯的无机刚性颗粒填充改性是聚丙烯改性的重要方法。由于它可以有效地提高高聚物的刚性、模量、尺寸稳定性，并可使产品的成本大幅度降低，因而一直受到人们的广泛关注

3、[1]。近年来，纳米无机刚性颗粒填充聚丙烯由于可以有效地提高聚丙烯的强度和韧性，而倍受关注[2-5]。本文将纳米碳酸钙和微米碳酸钙进行复配，并用以填充聚丙烯。实验结果表明，经过有效粒径复配的聚丙烯复合材料的拉伸、冲击强度均远远高于单纯纳米碳酸钙填充复合材料的强度。一、实验部分1.1实验原料纳米级CaCO3（硬脂酸钠表面处理）实验室自制，平均粒径为36nm；微米级CaCO3，2500目南京欧米亚公司提供（硬脂酸表面处理，纯度≥98.0，d98＝8.0μm，d50＝1.7μm，d（3，2）＝1.96μm）

4、；PP，工业用，南京扬子石化公司提供。1.2实验设备美国ThermoElectronCorporation公司的HaakeRheomex557-5501型双螺杆挤出机，螺杆长径比为25:1；日本电子公司—美国Noran公司的JSM-5610LV-VANTAGE型扫描电子显微镜；承德市材料实验机厂XCJ-40摆锤式冲击仪；英国Instron公司Instron－Ⅸ型4200万能力学测试仪。1.3实验步骤1.3.1纳米/微米级CaCO3填充PP复合材料的制备将占复合材料总重5％的纳米碳酸钙、15％的2500

5、目微米级CaCO3和80％的PP在haakerheomex557-5501型双螺杆挤出机上挤出造粒，制得填充母料；（螺杆各段温度分别为140，180，200，220℃，机头温度230℃，螺杆转速120转/分钟）。41.3.2拉伸测试将复合材料样品制成宽10mm，厚4mm，跨度为50mm的哑铃状试条在Instron－Ⅸ型4200万能力学测试仪上进行拉伸实验，拉伸速率为50mm/min。1.3.3冲击测试将样品制成厚度为2.0mm，缺口为45°0.25mm直径的V型冲击试条，以XCJ-40摆锤式冲击仪进行

6、悬臂梁冲击实验。1.3.4复合材料的SEM断面观察分别以JSM-5610LV-VANTAGE扫描电子显微镜对各复合材料的冲击断面进行观察。二、结果与讨论Tab.1显示了纯PP，PP/micron-CaCO3，PP/nano-CaCO3，PP/micron-CaCO3/nano-CaCO3复合材料的拉伸、冲击强度测试结果。由Tab.1可以看出单纯加入15wt％微米碳酸钙的PP复合材料抗冲击强度最低，这是由于普通刚性填料的加入，会导致聚合物复合材料韧性下降所致。和纯PP相比，纳米碳酸钙填充复合材料的抗冲击

7、强度得到明显提高，而采用纳米/微米碳酸钙复配填充的PP复合材料具有最高的抗冲击强度。Tab.1MechanicalpropertyofPP，PP/micron-CaCO3，PP/nano-CaCO3andPP/micron-CaCO3/nano-CaCO3compositessamplesSamplePurePPPPfilledwith15wt％micro-CaCO3PPfilledwith5wt％nano-CaCO3PPfilledwith5wt％nano-CaCO3and15wt％micro-Ca

8、CO3Impactstrength（J/M）13572344670Tensilestrength(MPa)27.425.629.531.5微裂纹增韧理论认为：当填料以纳米或接近纳米尺寸的小粒径颗粒填充聚合物，且填料具有良好的分散性并且和树脂具有较好界面相容性时，在复合材料受到冲击的过程中，可以在纳米填料和聚合物的界面上形成微小的空穴或微裂纹。而形成这些微小空穴的过程可以耗散大量的冲击能量，从而达到增韧的效果。因此，纳米颗粒填充复合材料具有比纯树脂更好的抗