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空心玻璃微珠填充PP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究
2018-09-04 11:32:17 點擊率:1436
空心玻璃微珠填充PP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究
中國塑料bookmark0空心玻璃微珠填充PP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究雪佳，李亮，余鼎聲，張立群，徐日煒（北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京市新型高分子材料制備與加工重點。
作為填料，其最主要的兩個特性是粒徑和表面活性。是玻璃微珠的掃描電鏡照片，可以看出球形度很高，粒徑有一定的分布。是玻璃微珠的傅立葉紅外光譜分析譜圖。此實驗中，為了防止水分的干擾，用液體石蠟作為包覆介質(zhì)。表明，玻璃微珠沒有明顯顯示羥基和其他極性的活性基團峰位，說明玻璃微珠的表面處理較為困難，并且表面改性程度受到限制。
表1玻璃微珠的化學(xué)組成成分冊2玻璃微珠的紅外光譜。2玻璃微珠的表面活化處理玻璃微珠表面因有少量親水性羥基基團和大量的硅氧硅化學(xué)鍵，具有親水性，而pp具有憎水性，因此兩者之間的相容性差，界面難以形成良好的粘結(jié)。因此，為了改善填料和樹脂的界面結(jié)合就必須采用適當(dāng)?shù)姆椒▽ξ⒅楸砻孢M行改性處理。硅烷偶聯(lián)劑是填料常用的偶聯(lián)劑4是H種含有e4官團的分子對玻璃ihing維、硅酸鹽、二氧化硅、三氧化鋁、陶土等填料效果顯著。為了提高玻璃微珠的補強效果，本文采用硅烷偶聯(lián)劑KH―550對微珠進行活化處理，以增強PP與填料之間的界面結(jié)合力或相容性11. 2.3玻璃微珠/PP復(fù)合材料力學(xué)性能2.3.1玻璃微珠/PP復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度由、、發(fā)現(xiàn)，未活化的玻璃微珠添加到PP中，從總體趨勢看，共混物的拉伸強度、沖擊強度°C）均隨著玻璃微珠含量的提高而下降。
這是因為作為剛性玻璃微珠，顆粒間聚集力較大，容易形成粒子團聚體，特別是在高填充時。而粒子團聚體在材料中是薄弱環(huán)節(jié)，受力后易造成應(yīng)力集中，引起材料破壞，另一方面，也是更重要的方面，玻璃微珠和塑料界面的粘接性較差，因而隨著玻璃微珠含量的提高復(fù)合材料力學(xué)性能下降。
空心微珠含童/份1一活化2―未活化玻璃微珠含量對PP拉伸強度的影響玻璃微珠活化后填充pp時，玻璃微珠和pp間可以形成一個相對好的粘結(jié)界面，同時可以促使玻璃微珠在樹脂中的分散均勻性提高，所以添加適量玻璃微珠的復(fù)合材料拉伸強度有一定程度提高。但由于空心玻璃微珠的表面活性基團很少，因此采用偶聯(lián)劑KH― 550對其活化后，玻璃微珠的表面與PP大分子間的作用力并沒有得到很大提高，當(dāng)活化玻璃微珠大量添加到PP塑料中后，玻璃微珠間由于聚集發(fā)生團聚，最終導(dǎo)致材料的拉伸強度有所下降。就沖擊強度而言，由于活化玻璃微珠和PP間存在著相對好的粘結(jié)界面，導(dǎo)致裂紋在活化玻璃微珠和聚丙烯間界面擴展比在未活化玻璃微珠和聚丙烯間界面擴展時，需要消耗更多的能量，因而沖擊強度較未活化體系要高。但顯然由于玻璃微珠不能引發(fā)銀紋、剪切帶，界面空化效應(yīng)也不強，故隨著玻璃微珠含量的提高，材料的沖擊強度有所從看出，添加未活化的玻璃微珠，PP復(fù)合材料的熔體粘度隨著玻璃微珠含量的提高而上升，這是由于在此體系中未活化的玻璃微珠的阻流效應(yīng)造成的，玻璃微珠活化后，pp復(fù)合材料的熔體粘度雖然亦隨著玻璃微珠含量的提高而上升，但與未活化玻璃微珠和pp共混物的熔體粘度相比較，提高幅度要小，這是由于活化的玻璃微珠粒子與pp樹脂界面相容性有所提高，使玻璃微珠與pp分子鏈間的界面相對運動摩擦阻力減小。
2.3.3玻璃微珠/PP復(fù)合材料的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)PP/玻璃微珠（活化）復(fù)合材料流變曲線和是未活化和活化玻璃微珠/PP復(fù)合材料沖擊斷裂面的掃描電鏡照片，可以看出，未活化玻璃微珠/PP復(fù)合材料中，非常光滑的玻璃微珠分布在PP連續(xù)相中，二者有明顯的分界面和空隙，玻璃微珠與基體樹脂之間幾乎無粘結(jié)，受外力沖擊后，玻璃微珠在基體樹脂中滑動，產(chǎn)生了溝槽，對樹脂起破壞作用，這表明未處理的玻璃微珠與PP相容性較差，因此，添加未活化的玻璃微珠使PP的拉伸、沖擊強度下降。
從活化玻璃微珠/PP體系的沖擊斷裂面掃描電鏡照片發(fā)現(xiàn)，用KH-550活化后的玻璃微珠與PP樹脂間的相分界面較模糊，斷裂面上無大量玻璃微珠脫粘后產(chǎn)生的空洞，說明活化后的玻璃微珠與PP的粘接性得到了一定程度的提高。
4活化PP/玻璃微珠復(fù)合材料的維卡軟化點從表2可見，添加活化玻璃微珠的共混物的維卡軟化點與純PP相比稍有提高，表明玻璃微珠可改善PP的耐熱性。
表2PP/玻璃微珠復(fù)合材料的維卡軟化點配方PP/微珠配比軟化點/°C 3結(jié)論a）在pp中添加未活化的玻璃微珠，復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度（低溫和室溫）隨著玻璃微珠含量的提高而有所下降。
（2）添加適量活化玻璃微珠，復(fù)合材料的拉伸強度隨著玻璃微珠含量的提高而緩慢上升。
a）添加未活化或活化玻璃微珠復(fù)合材料的熔體粘度均隨著玻璃微珠含量的增加而提高，但活化玻璃微珠復(fù)合材料的熔體粘度提高幅度較小。
?。?）微觀形態(tài)結(jié)果表明，未活化的玻璃微珠/PP復(fù)合材料相分界面明顯，采用KH-550活化的玻璃微珠與PP相分界面較模糊。
a）作為填料，玻璃微珠能提高pp的維卡軟化點。
（6）對PP樹脂而言，活化玻璃微珠是一種理想的填料，可以適量填充，能夠降低制品成本，添加量少時起到增強作用。
中國塑料bookmark0空心玻璃微珠填充PP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究雪佳，李亮，余鼎聲，張立群，徐日煒（北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京市新型高分子材料制備與加工重點。
作為填料，其最主要的兩個特性是粒徑和表面活性。是玻璃微珠的掃描電鏡照片，可以看出球形度很高，粒徑有一定的分布。是玻璃微珠的傅立葉紅外光譜分析譜圖。此實驗中，為了防止水分的干擾，用液體石蠟作為包覆介質(zhì)。表明，玻璃微珠沒有明顯顯示羥基和其他極性的活性基團峰位，說明玻璃微珠的表面處理較為困難，并且表面改性程度受到限制。
表1玻璃微珠的化學(xué)組成成分冊2玻璃微珠的紅外光譜。2玻璃微珠的表面活化處理玻璃微珠表面因有少量親水性羥基基團和大量的硅氧硅化學(xué)鍵，具有親水性，而pp具有憎水性，因此兩者之間的相容性差，界面難以形成良好的粘結(jié)。因此，為了改善填料和樹脂的界面結(jié)合就必須采用適當(dāng)?shù)姆椒▽ξ⒅楸砻孢M行改性處理。硅烷偶聯(lián)劑是填料常用的偶聯(lián)劑4是H種含有e4官團的分子對玻璃ihing維、硅酸鹽、二氧化硅、三氧化鋁、陶土等填料效果顯著。為了提高玻璃微珠的補強效果，本文采用硅烷偶聯(lián)劑KH―550對微珠進行活化處理，以增強PP與填料之間的界面結(jié)合力或相容性11. 2.3玻璃微珠/PP復(fù)合材料力學(xué)性能2.3.1玻璃微珠/PP復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度由、、發(fā)現(xiàn)，未活化的玻璃微珠添加到PP中，從總體趨勢看，共混物的拉伸強度、沖擊強度°C）均隨著玻璃微珠含量的提高而下降。
這是因為作為剛性玻璃微珠，顆粒間聚集力較大，容易形成粒子團聚體，特別是在高填充時。而粒子團聚體在材料中是薄弱環(huán)節(jié)，受力后易造成應(yīng)力集中，引起材料破壞，另一方面，也是更重要的方面，玻璃微珠和塑料界面的粘接性較差，因而隨著玻璃微珠含量的提高復(fù)合材料力學(xué)性能下降。
空心微珠含童/份1一活化2―未活化玻璃微珠含量對PP拉伸強度的影響玻璃微珠活化后填充pp時，玻璃微珠和pp間可以形成一個相對好的粘結(jié)界面，同時可以促使玻璃微珠在樹脂中的分散均勻性提高，所以添加適量玻璃微珠的復(fù)合材料拉伸強度有一定程度提高。但由于空心玻璃微珠的表面活性基團很少，因此采用偶聯(lián)劑KH― 550對其活化后，玻璃微珠的表面與PP大分子間的作用力并沒有得到很大提高，當(dāng)活化玻璃微珠大量添加到PP塑料中后，玻璃微珠間由于聚集發(fā)生團聚，最終導(dǎo)致材料的拉伸強度有所下降。就沖擊強度而言，由于活化玻璃微珠和PP間存在著相對好的粘結(jié)界面，導(dǎo)致裂紋在活化玻璃微珠和聚丙烯間界面擴展比在未活化玻璃微珠和聚丙烯間界面擴展時，需要消耗更多的能量，因而沖擊強度較未活化體系要高。但顯然由于玻璃微珠不能引發(fā)銀紋、剪切帶，界面空化效應(yīng)也不強，故隨著玻璃微珠含量的提高，材料的沖擊強度有所從看出，添加未活化的玻璃微珠，PP復(fù)合材料的熔體粘度隨著玻璃微珠含量的提高而上升，這是由于在此體系中未活化的玻璃微珠的阻流效應(yīng)造成的，玻璃微珠活化后，pp復(fù)合材料的熔體粘度雖然亦隨著玻璃微珠含量的提高而上升，但與未活化玻璃微珠和pp共混物的熔體粘度相比較，提高幅度要小，這是由于活化的玻璃微珠粒子與pp樹脂界面相容性有所提高，使玻璃微珠與pp分子鏈間的界面相對運動摩擦阻力減小。
2.3.3玻璃微珠/PP復(fù)合材料的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)PP/玻璃微珠（活化）復(fù)合材料流變曲線和是未活化和活化玻璃微珠/PP復(fù)合材料沖擊斷裂面的掃描電鏡照片，可以看出，未活化玻璃微珠/PP復(fù)合材料中，非常光滑的玻璃微珠分布在PP連續(xù)相中，二者有明顯的分界面和空隙，玻璃微珠與基體樹脂之間幾乎無粘結(jié)，受外力沖擊后，玻璃微珠在基體樹脂中滑動，產(chǎn)生了溝槽，對樹脂起破壞作用，這表明未處理的玻璃微珠與PP相容性較差，因此，添加未活化的玻璃微珠使PP的拉伸、沖擊強度下降。
從活化玻璃微珠/PP體系的沖擊斷裂面掃描電鏡照片發(fā)現(xiàn)，用KH-550活化后的玻璃微珠與PP樹脂間的相分界面較模糊，斷裂面上無大量玻璃微珠脫粘后產(chǎn)生的空洞，說明活化后的玻璃微珠與PP的粘接性得到了一定程度的提高。
4活化PP/玻璃微珠復(fù)合材料的維卡軟化點從表2可見，添加活化玻璃微珠的共混物的維卡軟化點與純PP相比稍有提高，表明玻璃微珠可改善PP的耐熱性。
表2PP/玻璃微珠復(fù)合材料的維卡軟化點配方PP/微珠配比軟化點/°C 3結(jié)論a）在pp中添加未活化的玻璃微珠，復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度（低溫和室溫）隨著玻璃微珠含量的提高而有所下降。
（2）添加適量活化玻璃微珠，復(fù)合材料的拉伸強度隨著玻璃微珠含量的提高而緩慢上升。
a）添加未活化或活化玻璃微珠復(fù)合材料的熔體粘度均隨著玻璃微珠含量的增加而提高，但活化玻璃微珠復(fù)合材料的熔體粘度提高幅度較小。
?。?）微觀形態(tài)結(jié)果表明，未活化的玻璃微珠/PP復(fù)合材料相分界面明顯，采用KH-550活化的玻璃微珠與PP相分界面較模糊。
a）作為填料，玻璃微珠能提高pp的維卡軟化點。
（6）對PP樹脂而言，活化玻璃微珠是一種理想的填料，可以適量填充，能夠降低制品成本，添加量少時起到增強作用。