1、第 卷第 期 中国塑料，年 月 ，滑石粉对聚丙烯微观形态和性能影响郭甜甜 ，丁雪佳，张雨 ，周克斌（北京化工大学北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室 ，北京）摘要 ：以滑石粉为填料通过挤出机熔融共混制备聚丙烯 （）滑石粉复合材料 ，考察了硅烷偶联剂对滑石粉表面改性前后及添加不同含量的乙烯 辛烯共聚物 （）对复合材料力学性能 、流变性能和微观结构影响 。结果表明 ，滑石粉表面改性后可以明显提高 的缺口冲击强度 ，当 滑石粉质量比为 和 时 ，改性滑石粉较 未改性滑石粉复合材料的缺口冲击强度分别提高 与 ；表面改性后的滑石粉使复合材料的储能模量降低 ；的加入提高了滑石粉在 基体中的分散性 ，随
2、着其含量的增加 ，复合材料的缺口冲击强度提高 ，韧性提高 。关键词 ：聚丙烯 ；滑石粉 ；硅烷偶联剂 ；表面改性 ；复合材料中图分类号 ： 文献标识码： 文章编号：（） ， ， ， （ ， ， ，）：（） （） ， ， ， ， ， ：； ； ； 前言具有优良的耐腐蚀性 、电绝缘性和良好的力学性能等 ，是一种综合性能优良的通用高分子材料 ，广泛应用于汽车制造 、家用电器 、日常用品和包装材料等应用领域 ，已成为目前发展最快的塑料品种之一。但也存在一些不足 ，其缺点是耐寒性差 、抗冲性能差 、收稿日期 ：北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室开放课题（）；北京市教委重点学科发展基金资助项目 （）
3、联系人 ，抗蠕变性能差 、成型收缩率大 、易发生翘曲变形 、热变形温度低等缺点 ，因此在作为结构材料和工程材料应用时受到了很大的限制。高分子材料中填充无机粒子是获得具有某些独特性能高分子复合材料有效的途径之一 ，而无机粒子多为表面能很高的极性粒子 ，为表面能很低的非极性聚合物 ，因此两者的相容性和界面黏结性差 ，无机粒子无法被熔体浸润 ，在基体树脂中分散性不好 ，导致复 合 材 料 的 力 学 性 能 、加工流动性能等急剧下降。为改善无机粒子与基体树脂的相容性 ，通常对无机粒子进行表面改性处理。本文采用硅烷偶联剂对滑石粉进行表面改性 ，用 滑石粉对聚丙烯微观形态和性能影响改性后的滑石粉改性，同
4、时 ，添加提高复合材料冲击性能 。通过复合材料力学性能 、流变性能测试及其微观形态观察 ，研究了滑石粉对性能的影响 。 实验部分 主要原料，湖南长盛石化有限公司 ；滑石粉 ，粒径为，市售 ；，三井化学公司 ；硅烷偶联剂 ，北京化工大学精细化工厂 。 主要设备及仪器挤出机 ，德国公司 ；注塑机 ，广东鸿利光电股份有限公司 ；万能材料试验机 ，英国公司 ；冲 击 试 验 机 ， ，意 大 利公司 ；高级扩展流变仪 ，美国公司 ；扫描电子显微镜 （），日本公司 。 样品制备滑石粉表面改性 ：将滑石粉置于烘箱中烘干，按每份滑石粉中添加份硅烷偶联剂 、份甲醇 、份水的配比准确称取 ，采用高速搅拌喷淋的方
5、式将滑石粉与偶联剂混合均匀 ，反应；复合材料制备 ：将份中分别添加、份改性和未改性的滑石粉 ，分别标记为未改性滑石粉和改性滑石粉 ，并选取滑石粉质量比为的配比中再分别添 加、份，按以上配比 ，分别将各原料混合均匀 ，在双螺杆挤出机上挤出造粒 ，加工温度为，螺杆转速为。在注塑机上注射成标准样条 ，注射温度为。 性能测试与结构表征拉伸强度按 测试 ，样条规格为 哑 铃 形 ，拉 伸 速 率 为；悬臂梁缺口冲击强度按 测试 ，样条规格为，形缺口 ，缺口深，最大冲击能为；流变性能测试 ：采用平板模式动态频率扫描 ，扫描温度为，剪切频率 （）范围为，应变幅度为；分析 ：将样条在液氮中冷却后脆断 ，切取其
6、断面 ，设置测试电压为，放大倍时观察滑石粉在基体树脂内的分散状态 。 结果与讨论 复合材料的力学性能从图（）可以看出 ，改性与未改性滑石粉和复合材料的拉伸强度均随着滑石粉含量的增加呈先升高后降低的趋势。这是因为滑石粉含量较低时 ，能够与基体韧性结合，使复合材料的拉伸强度提高 ；随着滑石粉含量的增加 ，滑石粉与基体的浸润性变差 ，界面区增多 ，阻碍了分子之间较强的引力 ，导致复合材料拉伸强度降低 ；当滑石粉含量相同时 ，改性滑石粉复合材料的拉伸强度低于未改性的 ，可能是因为滑石粉改性后 ，有机物包覆在其表面 ，使其刚性降低 ，从而降低整个复合材料的刚性 ，使拉伸强度低于未改性体系 。从图（）可以
7、看出 ，复合材料的缺口冲击强度均随着滑石粉含量的增加呈先升高后降低的趋势 ；当其添加量为份时 ，滑石粉改性前后复合材料的缺口冲击 强度均达到最大值 ，与纯相比分别提高与未改性滑石粉改性滑石粉（）拉伸强度（）缺口冲击强度图 滑石粉含量对复合材料力学性能的影响 年 月 中国塑料 。这是因为滑石粉含量较低时 ，能够在基体中较好地分散 ，形成分布均匀的应力集中点 ，吸收一定变形功 ，在冲击过程中产生大量微裂纹吸收能量 ，使复合材料的缺口冲击强度提高。随着滑石粉含量的增加 ，滑石粉颗粒之间过于接近 ，破坏了基体连续性 ，材料在冲击过程中产生的微裂纹和塑性形变增大 ，几乎发展为宏观应力开裂 ，使复合材料的
8、缺口冲击强度降低。从图（）还可以看出 ，滑石粉含量相同时 ，改性滑石粉复合材料的缺口冲击强度高于未改性的 ，这是因为改性后的滑石粉比表面积增大 ，使其与基体的接触面积增大 ，在冲击过程中 ，产生更多的微裂纹 ，吸收更多的冲击能，因此 ，缺口冲击强度高于未改性体系 。无机粒子对高分子材料进行改性时 ，除要求无机粒子与基体形成良好的界面外 ，还要求基体具有一定的韧性 ，因此选用对滑石粉复合材料进行增韧 。从图可以看出 ，滑石粉改性前后复合材料的拉伸强度均随着添加量的增加呈下降趋势 ；缺口冲击强度随着含量的增加而提高 。这是因为为类弹性体 ，其本身的拉伸强度低 ，韧性好 。根据共混理论与弹性体增韧理
9、论可知 ，随着其含量的增加 ，复合材料的拉伸强度随其含量的增加而降低 ；缺口冲击强度随含量的增加而提高 。从图可以看出 ，当添加量相同时 ，改性滑石粉复合材料的拉伸强度低于未改性的 ，缺口冲击强度高于未改性的 。这是因为滑石粉经硅烷偶联剂改性后 ，有机物包覆在其表面 ，降低了滑石粉的刚性与表面能 ，使复合材料的刚性降低 ，拉伸强度降低 ；与基体的浸润性提高 ，使得复合材料的韧性提高 ，缺口冲击强度提高 。 共混物的流变性能从图（）可以看出 ，滑石粉与的加入均提高了复合材料的复数黏度 ，但复合材料的复数黏度变化不大 。这是因为滑石粉作为无机粒子 ，其表面能很高 ，黏度很大 ，流动性很差 ，加入后
10、阻碍了基体的流动未改性滑石粉改性滑石粉（）拉伸强度（）缺口冲击强度图 含量对复合材料力学性能的影响 未改性滑石粉 （）改性滑石粉 （）未改性滑石粉 （）改性滑石粉 （）（）复数黏度 （）储能模量图 复合材料的复数黏度与储能模量 滑石粉对聚丙烯微观形态和性能影响性 ，使复合材料的复数黏度提高 ；为类弹性体 ，其黏度也很大 ，其加入必然导致复合材料复数黏度提高 。从图（）还可以看出 ，随着的提高 ，各复合材料的复数黏度均呈现先急剧下降后进入平台区的剪切变稀现象 。根据聚合物缠结理论可知 ，当剪切频率提高时 ，大分子链缠结点发生解缠结作用 ，使缠结点浓度下降 ，流动阻力减小 ，使复合材料的复数黏度降
11、低 ；随着剪切频率的进一步提高 ，缠结点的浓度不再进一步降低 ，复数黏度进入平台区 。从图（）可以看出 ，当剪切频率一定时 ，滑石粉与的加入均提高了共混物的储能模量 ；改性滑石粉复合材料的储能模量均低于未改性的 ，这是因为滑石粉与的储能模量均很高 ，加入后必然导致复合材料储能模量的提高 。滑石粉改性后 ，刚性降低 ，与基体的浸润性提高 ，最终导致共混物的储能模量降低 。 共混物的微观形态从图可以看出 ，经硅烷偶联剂表面改性后 ，滑石粉颗粒细化 ，团聚现象减少 ，提高了滑石粉在基体中的分散性 。对比图（）、（）可以看出 ，加入同样提高了填料在基体中的分散性 ，但填料的取向性不是很好 。从图（）可
12、以看出 ，在改性滑石粉复合材料中加入能有效提高填料在基体中的分散性和取向性 。（）未改性滑石粉 （）（）改性滑石粉 （）（）未改性滑石粉 （）（）改性滑石粉 （） 复合材料的 照片 结论（）滑石粉经硅烷偶联剂表面改性后 ，能够有效提高滑石粉在基体中的分散性及复合材料的缺口冲击强度 ，降低复合材料的拉伸强度 ；（）加入适量能进一步提高滑石粉在树脂基体中的分散性和取向性 。当改性滑石粉 质量比为时 ，复合材料的的缺口冲击强度为，与 纯相 比 ，缺口冲击强度提高了，复数黏度与储能模量也均有所提高 。参考文献 ：施良和 ，胡汉杰 高分子科学的今天与明天 北京 ：化学工业出版社 ，： ， ， ， ，（）： ， ，（）： ， ， ，（）：陈鸣才 ，冯嘉春 ，张秀菊 稀土偶联剂在无机刚性粒子增韧聚丙烯体系中应用 塑料 ，（）：杨明 塑料添加剂应用手册 南京 ：江苏科学技术出版社 ，： ， ， ，（）：鞠新江 填充聚丙烯形态结构和性能的研究 大连 ：大连理工大学化工学院 ， ， ， ，：温变英 ，李振中 ，权英 ，等 增韧理论概说 塑料 ，（）：申欣 ，王卫 滑石粉汽车保险杠专用料 塑料工业 ，（）：
