PP/ABS纳米微纤复合材料的制备及功能化研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fangfang200805
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目前,聚合物原位成纤主要基于分散相聚合物熔体液滴在拉伸流场下的变形成纤,即聚合物液相成纤,但因聚合物液滴易于凝聚且拉伸比有限,始终难以得到纳米级微纤。新型的聚合物固相成纤方法以固相下有良好形变能力的解缠结结晶聚合物为成纤相,在基体相熔体中经剪切固相变形,可得到纳米级微纤,却又由于解缠结结晶聚合物获取困难限制了材料的应用。基于高弹态无定型聚合物具有良好形变能力且易于功能化的特性,本文选用ABS作为成纤相与PP通过一步熔融共混法直接制备了PP/ABS微纤复合材料。采用SEM、旋转流变仪、XRD、电子拉力机等对微纤复合材料的微观形态、流变特性、结晶结构与力学性能进行了表征,考察了螺杆转速、加工温度、ABS含量、剪切时间、加工设备等因素对成纤的影响。然后在此基础上,通过添加导电炭黑(CB)制备了低逾渗阈值的PP/ABS/CB导电复合材料,研究了材料的导电机理。研究结果表明:在常规加工温度(230 oC)条件下,通过双螺杆共混挤出的PP/ABS中ABS相为粒子状。当加工温度(190 oC)高于PP熔点且低于ABS加工温度时,在较低的螺杆转速(50 rpm)条件下,通过双螺杆共混挤出,含量为10wt%的ABS相在PP熔体中原位形成大量直径为100 nm左右的ABS微纤网络结构,在高螺杆转速(200 rpm、300 rpm)条件下ABS反而不能成纤,而当ABS的含量较高(15wt%和20wt%)或较低(5wt%)时,ABS也难以成纤。通过转矩流变共混实验发现,共混温度为185 oC、共混时间为15 min时,ABS可形成大量微纤网络结构,但得到的ABS微纤平均直径为230 nm,其直径大于双螺杆共混试样的ABS微纤直径,实验表明共混时间较长有利于ABS成纤。当共混温度超过190oC,ABS相则始终无法成纤。流变实验结果表明,185 oC时ABS的弹性较大且松弛时间很长,这有利于其变形成纤并保持纤维结构,而超过190 oC时,ABS松弛时间明显缩短,弹性下降,不利于得到ABS微纤。PP/ABS微纤复合材料的力学性能明显高于常规共混制备的PP/ABS共混物,其中弯曲强度与弯曲模量与后者相比分别提高了13.7%和9.2%。XRD结果表明,PP/ABS微纤复合材料与常规PP/ABS共混材料的晶型结构基本没有差别,ABS能诱导PP中β晶型生成,因此PP/ABS微纤复合材料的增强机理主要来源于ABS微纤结构的贡献。将ABS与CB熔融共混制备ABS/CB复合导电母粒,然后将该导电母粒与PP以组成比(1/9)按上述方法在转矩流变仪中共混制备了PP/ABS/CB导电复合材料。SEM结果表明ABS/CB分散相在PP熔体中原位形成了微纤结构,可得到低逾渗阈值的导电复合材料。当CB含量仅为体系的0.5wt%时,导电微纤复合材料体积电阻率为3.8×1012Ω?cm,与常规熔融共混的PP/ABS/CB复合材料相比体积电阻率低了近5个数量级,当CB的含量为1wt%时,微纤复合材料的体积电阻率进一步下降了,达到6.9×1010Ω?cm。
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