纳米云母改性聚丙烯复合材料的制备及性能研究

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聚丙烯作为一种综合性能优异的热塑性树脂,具有原料来源丰富、力学性能好、密度小、化学稳定性好等优点,在塑料、化纤行业中应用十分广泛。但PP也存在许多缺点,如材料挤出成型过程中熔体的非牛顿性强,成型收缩率大、制品易翘曲等,这些缺陷限制了PP新材料的开发、应用。本文旨在提高PP的加工成型性,在改善PP材料的结构性能方面做实验和探索。本文以聚丙烯树脂为基体,以自行制备的纳米级云母为改性剂,用熔融共混法制备纳米云母改性聚丙烯复合材料。采用毛细管流变仪及Haul-off牵伸设备、透射电镜(TEM)、热台偏光显微镜、差示扫描量热仪(DSC)、X射线衍射仪(XRD)、热重分析(TG)等测试,分析表征了所制备的复合材料的流变性能、结晶性能、热性能以及挤出成型稳定性。得到如下结论:1.聚丙烯/纳米云母共混熔体属于剪切变稀型流体,纳米云母对聚丙烯熔体的流动有阻碍作用。共混熔体的表观粘度随着云母含量的增加而增大,随着剪切速率的升高而降低。当偶联剂TTS、分散剂SDS用量分别是纳米云母含量的1%、2%时为最佳选择,共混熔体的表观粘度下降明显。PP-Mica-TTS-SDS共混熔体的表观粘度随温度升高而下降,粘流活化能随剪切速率的增大而降低。2.聚丙烯/纳米云母复合材料的等温结晶研究表明,纳米云母对聚丙烯具有很好的异相成核作用,结晶时间、结晶温度、云母含量对聚丙烯球晶的生长情况有重要影响。添加少量云母后,复合材料的结晶温度、结晶度和熔点提高。Mo法适合于处理聚丙烯/纳米云母复合材料的非等温结晶过程。XRD表明纳米云母的加入不改变PP的结晶晶型,但使得聚丙烯的微晶尺寸和晶面间距都变小。3.聚丙烯/纳米云母共混熔体的拉伸流动属于拉伸变稀型,随着云母含量的增加,熔体的表观拉伸粘度逐渐增大。纳米云母的加入使聚丙烯熔体的拉伸模量明显增大,但随着拉伸速度的提高,共混熔体的拉伸模量下降显著。共混熔体的拉伸应力和表观拉伸粘度均随温度的升高而下降,其拉伸流动活化能随着拉伸应变速率的提高呈下降趋势。随着纳米云母含量的增加,PP的起始降解温度和停止降解温度逐渐增大,说明纳米云母可以显著提高PP的热稳定性。
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