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聚合物/蒙脱土纳米复合材料是目前研究最多,工业化应用前景好的一种聚合物基纳米复合材料。具有层状结构的蒙脱土是制备成纳米复合材料的理想天然矿物。目前,蒙脱土复合尼龙的研究已经比较深入。这是由于尼龙的极性基团与有机化蒙脱土的极性基团之间具有相容性,而聚丙烯(PP)是一种非极性的聚合物,与蒙脱土不易实现完全的插层剥离,因此国内关于PP/蒙脱土纳米复合材料的研究还鲜有报道。本文通过熔融的方法将PP插入有机化的蒙脱土片层间,使蒙脱土剥离成单层片状,实现PP与蒙脱土在纳米尺度上的复合。本研究以PP接枝马来酸酐为相容剂,采取母粒法,运用新型工艺制备出蒙脱土含量较高的接枝母粒,然后将这种母粒与PP通过双螺杆共混熔融挤出制备出PP/蒙脱土纳米复合材料(PP-B系列),同时比较研究了不加相容剂的PP/蒙脱土纳米复合材料(PP-A系列)。 XRD测试结果表明:PP-B系列中的PP高分子链已经插层进入到有机蒙脱土的片层间,TEM观察有机蒙脱土大部分被剥离成接近单层片状;PP-A系列中,有机蒙脱土的特征衍射峰仍出现在原位置,说明PP大分子链很难直接插入蒙脱土片层间,TEM观察有机蒙脱土较严重的团聚现象,大部分以团簇的形式存在。SEM观察冲击断面发现:纯PP和PP-A系列表现为脆性断裂,PP-B系列表现为韧性断裂。 DSC研究结晶行为表明:有机蒙脱土的加入对PP熔点的影响不大,使PP的结晶温度明显提高,结晶度增大;通过等温结晶动力学的研究,结晶速率常数k和结晶速率G1/2均随结晶温度的升高而降低;半结晶期t1/2和tp都随结晶温度的升高而延长。纯PP的Avrami指数n值在2.12~2.61之间,为均相成核机理为主;PP-A系列的n值在2.18~3.04之间,为异相成核与均相成核机理;加入相容剂的复合材料的n值在2.93~3.16之间,为典型的异相成核机理。 PP/蒙脱土纳米复合材料的强度和韧性均随有机蒙脱土含量的增加先增大后减小。当有机蒙脱土含量为2%时,拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度分别达到34.32、54.69、2246(Mpa)和20.45kJ/m2,较纯PP分别提高12.8%、56.6%、65.1%和87.5%;热变形温度最大提高19℃。