竹纤维粒径与比例对石竹塑复合材料的性能影响

【目的】阐明不同竹纤维粒径和原料配比对竹纤维/聚丙烯/碳酸钙复合材料物理力学性能的影响机理,为石竹塑复合材料的工业化生产与应用提供依据。【方法】以碳酸钙、竹纤维和聚丙烯为原料,在控制竹纤维粒径(40目、80目和120目)与原料配比的基础上,制备竹纤维/聚丙烯/碳酸钙复合材料,考察其物理力学性能,并采用扫描电子显微镜、热重分析仪和熔融指数仪对复合材料的微观结构、热稳定性和流动性进行表征。最后,综合考虑生产成本与相关性能要求,为竹纤维/聚丙烯/碳酸钙复合材料的生产与应用提出建议。【结果】随着碳酸钙添加量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弹性模量均逐渐下降,而密度则呈上升趋势。竹纤维粒径对复合材料物理力学性能的影响较为显著。当竹纤维粒径为80目,碳酸钙和竹纤维添加量分别为5%和45%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弹性模量最优,分别为36.09 MPa、62.6 MPa和4.30 GPa。碳酸钙添加量对复合材料冲击强度的影响不大。此外,随着碳酸钙添加量的增加,复合材料的热稳定性与熔体流动性均有所改善。当碳酸钙添加质量占比为20%时,复合材料的熔体流动速率为16.50 g/10 min,比未添加组提高了8.98%,加工性能得到改善。【结论】选用80目竹纤维的复合材料具有较优的物理力学性能,在添加碳酸钙后,复合材料的原料成本可降低1.63%~6.54%,且其相关指标仍远高于行业标准要求。

高压电缆材料用聚丙烯复合材料的制备及性能

聚丙烯在绝缘电缆中的应用广泛,但在长期腐蚀环境下服役后易产生绝缘性变差、力学强度降低等问题,而通过掺加纳米碳酸钙实现改性处理,可改善其绝缘性能。为此,基于聚丙烯与碳酸钙无机纳米粒子等材料制备了不同配比的聚丙烯复合材料,并对其相关性能开展分析。试验结果显示:质量分数95.5%的聚丙烯与质量分数3%的纳米碳酸钙配比下的试验组具备优良的电绝缘性,其介电常数为3.12,交流和直流击穿强度均远高于规范规定的20 kV/mm;该配比下的聚丙烯复合材料的拉伸强度相比未掺加碳酸钙试验组有所降低,但仍符合规范使用标准;热空气老化与酸碱老化处理后,其拉伸强度与击穿强度也满足使用需求。分析认为,所述配比下的聚丙烯复合材料适用于高压电缆材料。

荧光标记碳酸钙/聚丙烯复合材料的应力发白研究

聚丙烯复合材料在使用过程中通常会出现应力发白,表征材料的应力发白现象、探究应力发白机制、监控材料的结构变化具有重要意义。利用稀土铕离子的荧光特性,通过熔融共混的方式实现了对碳酸钙/聚丙烯复合材料的荧光标记。通过轴向拉伸试验构筑了荧光标记碳酸钙/聚丙烯复合材料的应力发白现象,并结合激光扫描共聚焦显微技术对应力发白结构进行三维分析。结果表明:聚丙烯基复合材料应力发白是由于拉伸后出现空洞造成的,空洞的存在导致折射率变化而呈现白色,通过ImageJ统计得到拉伸轴向空洞的宽度约为4μm。荧光标记与激光扫描共聚焦显微技术联用,可以有效监控外力作用下复合材料的结构变化。

PP/L-CaCO_3复合材料的拉伸断裂韧性

研究了一种在轻质碳酸钙（Ｌ－ＣａＣＯ３）填料存在下可生成较大量β－晶的聚丙烯（ＰＰ）与Ｌ－Ｃａ－ＣＯ３热熔复合而得的复合材料的拉伸断裂行为。发现在Ｌ－ＣａＣＯ３含量为２０％～２５％时，复合材料具有较好的断裂韧性和比母体ＰＰ大得多的断裂伸长率（ε）。当Ｌ－ＣａＣＯ３先用二核铝酸酯处理再与上述ＰＰ复合，所得的复合材料在Ｌ－ＣａＣＯ３含量为１０％～２５％时的断裂韧性和ε又有显著增加。复合材料的ε随Ｌ－ＣａＣＯ３含量而变化的规律基本上与ＰＰβ－晶含量随Ｌ－ＣａＣＯ３含量而变化的规律一致。扫描电镜观察表明，ε较大的复合材料在拉伸过程中形成丝状结构。分析认为复合材料的ε的增加主要是在拉伸过程中在Ｌ－ＣａＣＯ３粒子平行于拉伸方向的两极首先发生脱粘空化，并引起在Ｌ－ＣａＣＯ３粒子表面和周围树脂基体的ＰＰβ－晶发生塑性形变的结果。

聚合物/弹性体/无机粒子三元复合体系的逾渗规律

对乙烯 辛烯共聚物(EOC)和CaCO3两种增韧剂分别和协同增韧增强聚丙烯复合材料体系的形态结构与性能的关系进行了系统的研究,验证了EOC和CaCO3增韧PP的机理符合Wu氏逾渗理论,揭示了PP/EOC/CaCO3体系发生脆韧转变的基本条件是L≤Lc(≈0.095μm),首次成功实现了对PP/EOC/CaCO3体系脆韧转变行为的定量化研究。

PP/SBS/纳米CaCO_3复合材料结构与性能研究

研究了PP/SBS/纳米CaCO3复合材料的力学性能以及SBS分散相颗粒和纳米CaCO3粒子在PP基体中的分散状况。结果表明,纳米CaCO3粒子的加入使复合材料的缺口冲击强度、弯曲弹性模量、拉伸强度均得到提高。透射电镜观察发现,纳米CaCO3粒子的加入使复合体系的熔体黏度增大,对弹性体SBS的分散起到剪切细化、均化的作用,从而起到协同增韧效应。

滑石粉、碳酸钙填充聚丙烯复合材料等温结晶行为的研究

用熔融共混法分别制备了聚丙烯(PP)/滑石粉、PP/碳酸钙(CaCO3)复合材料,用差示扫描量热法考察了PP及其复合材料的等温结晶过程,并用Avrami方程对纯PP及PP/滑石粉、PP/CaCO3复合材料的等温结晶动力学行为进行了分析。结果表明,PP、PP/滑石粉及PP/CaCO3复合材料的Avrami指数均小于2.3,存在均相成核和异相成核双重成核机理,且其结晶速率常数和结晶速率均随着结晶温度的升高而减小;在该体系中,滑石粉对基体PP有明显的异相成核作用,使PP的结晶速率加快、结晶时间缩短;而CaCO3则没有明显的异相成核作用。

碳酸钙增强聚丙烯复合材料的断裂韧性

介绍了J积分方法的概念、理论和方法,并应用参考国外文献建立的,积分测试方法,结合扫描电镜形态分析研究了碳酸钙增强聚丙烯复合材料的断裂韧性。结果表明,碳酸钙的加入使复合材料对裂纹起始和增长过程的阻力都有大幅度提高,聚丙烯基体发生较大幅度塑性形变屈服后取向牵伸吸收塑性能。刚性填料加入时所导致的基体应力集中及界面脱粘后的基体应力集中促进聚丙烯基体产生局部区域微观塑性牵伸被认为是断裂韧性提高的原因。

纳米CaCO_3改性β成核聚丙烯的研究

采用经铝钛复合偶联剂处理的纳米CaCO3粒子对β成核聚丙烯(β-PP)进行改性,研究了β-PP/纳米CaCO3_ 复合材料的力学性能。结果表明,添加纳米CaCO3能够提高β-PP的综合力学性能,在纳米CaCO3用量为4％(质量分数,下同)时,冲击强度比β-PP提高了33％,是纯PP的3倍;拉伸模量、弯曲模量分别比β-PP提高了10％和 15％。X射线衍射和偏光显微镜对β-PP/纳米CaCO3复合材料的结晶结构表征表明,添加纳米CaCO3可以提高β-PP 的β晶含量,降低晶粒尺寸,但不会改变β-PP的束状结晶结构形态;差示扫描量热分析表明,纳米CaCO3粒子的存在降低了β-PP的结晶温度和结晶速率。

纳米碳酸钙浸渍改性工艺对竹塑复合材料拉伸性能的影响

为探寻竹纤维表面改性技术应用于植物纤维增强热塑性聚合物复合材料中的理论依据,用硫酸盐法制取竹纤维,以聚丙烯(PP)为基体,竹纤维为增强相,采用平压成型工艺制备竹纤维/PP复合材料,探索了纳米碳酸钙(CaCO_3)浸渍改性工艺对复合材料拉伸性能的影响,并利用场发射环境扫描电镜、力学测试机对其断口形貌和力学性能进行表征。结果表明:在温度25℃,搅拌速度500r/min的条件下,当纳米CaCO_3添加量为1.00×10-2 g/mL,分散剂EDTA-2Na添加量为8.50×10-4 g/mL,浸渍混合时间为25min时,竹纤维/PP复合材料的拉伸性能较优。

聚丙烯/轻质碳酸钙/三单体固相接枝物复合体系结构与性能的研究

将聚丙烯与马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯三种单体的固相接枝物应用于聚丙烯 /轻质碳酸钙复合体系 ,研究接枝物对复合体系力学性能、微观形态和耐热性等的影响。结果表明 ,在PP中加入CaCO3 进行填充改性 ,在一定用量的三单体固相接枝物作用下 ,PP的力学性能及耐热性得到明显的提高。

振动力场作用下PP/CaCO_3共混物的力学性能

为研究新型动态三螺杆挤出成型技术对制品力学性能的影响,以PP/CaCO3共混物作为研究对象,在振动频率0～60Hz、振幅0～250μm的范围内对三螺杆挤出机施加振动,制成试样后进行拉伸强度、冲击强度测试和扫描电镜观察,研究不同振动参数对共混物力学性能及断面形态结构的影响.结果表明:制品的力学性能对振动参数的响应存在一个最佳值;与没有引入振动(稳态)的挤出相比,振动频率为20Hz、振幅为225μm时,共混物的冲击强度提高了21.7%;振动频率为20Hz、振幅为145μm时,共混物的拉伸强度提高了10.4%.

PP/PP-g-DBM/CaCO_3复合材料的力学性能

以马来酸二丁酯接枝聚丙烯(PP-g-DBM)作界面改性剂,制备了聚丙烯(PP)/PP-g-DBM/CaCO_3复合材料。PP-g-DBM提高了复合材料的抗冲击性能和弹性模量。当w(CaCO_3)为30%时效果最佳,悬臂梁缺口冲击强度达到6 kJ/m^2,相对PP提高了20%;界面改性剂较大程度地改善了分散相(CaCO_3)在连续相(PP)中的分散状态。

PP/弹性体/纳米CaCO_3三元复合材料研究

以聚烯烃弹性体POE(乙烯辛烯共聚物 )为增韧剂 ,以纳米CaCO3为增强剂 ,利用双螺杆挤出机 ,通过熔融共混工艺制备了聚丙烯 (PP) /POE/无机纳米粒子复合材料。测试了复合材料的力学性能并利用扫描电子显微镜 (SEM)对三元复合材料的断面形态进行了研究。研究结果表明 ,利用纳米CaCO3对共混物PP/POE进行改性 ,存在一个最佳用量 ,一般为 5 %左右。采取将纳米CaCO3先与POE混合挤出后再与PP进行共混挤出的二步法工艺 。

PP/纳米碳酸钙复合材料冲击强度与断口表面分维关系的研究

应用脂肪酸、钛酸酯偶联剂分别对纳米级碳酸钙（Nano-CaCO3）进行表面处理,并用熔融共混法制备PP/Nano-CaCO3复合材料。在室温条件下,测量PP/Nano-CaCO3复合材料的V型缺口冲击强度。采用投影覆盖法测算复合材料的冲击断口表面分维,考察断口表面分维与复合材料冲击强度的关系。结果表明,断口表面分维在2.3673-2.4120之间,相关系数均大于0.95,强的相关性说明断口表面分形特性显著;复合体系冲击强度与断口表面分维之间近似呈指数函数关系。

HDPE对共聚PP/CaCO_3高填充复合材料的增韧

以双螺杆挤出机制备了高密度聚乙烯(HDPE)增韧共聚聚丙烯(PP)/CaCO3(质量比50.0/50.0)高填充复合材料,并对其增韧机制进行了探讨。结果表明:在共聚PP/CaCO3高填充复合材料中添加1.5份的HDPE,可使其缺口冲击强度提高46%;共聚PP与HDPE之间的良好浸润性使界面处大分子的相互渗透得以增强;在外力作用下,共聚PP/CaCO3/HDPE高填充复合材料中的HDPE颗粒与共聚PP基体之间发生脱黏并诱发周围基体发生强烈塑性形变,使断面撕裂带细化并吸收更多冲击能量。

不同改性剂对聚丙烯/碳酸钙复合材料性能的影响

以马来酸酐(MAH)、聚丙烯蜡(PPW)为主要原料,采用原位固相接枝改性法制得PP/CaCO3-MAH-PPW复合材料,并与添加相容剂聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)所制得的PP/PP-g-MAH/CaCO3复合材料进行比较。结果表明,CaCO3良好的分散性及其与PP基体适宜的界面粘接是复合材料具有较好韧性的关键因素。与PP/PP-g-MAH/CaCO3复合材料相比,PP/CaCO3-MAH-PPW复合材料表现出更佳的冲击、弯曲和加工性能,当m(PP)∶m(CaCO3)=100∶20时,材料缺口冲击强度达到最大值,是基体树脂的1.19倍。

PP/EPDM/nano-CaCO_3复合材料的形态和性能

利用柔和法制备三元乙丙橡胶(EPDM)/纳米碳酸钙(nano-CaCO_3)预挤出物,再分别用两步法和分级注入法与聚丙烯(PP)熔融共混制备PP/EPDM/nano-CaCO_3复合材料。当w(EPDM)为25.5%时,分级注入法制备的复合材料形成了分散相EPDM中包覆PP相的多重包覆结构;当w(EPDM)大于16.5%时,分级注入法能明显降低EPDM粒子直径,使EPDM粒子形状规则,分散均匀;两步法制备的复合材料结晶温度和储能模量均比分级注入法高,说明两步法中有更多的nano-CaCO_3粒子从EPDM相迁移到PP相中,这与扫描电子显微镜分析结果基本一致。

碳酸钙填充改性聚丙烯复合材料

主要介绍了碳酸钙填充改性聚丙烯复合材料的改性方法与影响因素,以及国内外对这类材料应 用开发的研究进展情况。

PP/POE/纳米CaCO_3复合材料的改性

对三元复合体系聚丙烯(PP) /聚烯烃弹性体(POE) /纳米CaCO3进行了改性研究,主要探讨了马来酸酐接枝聚丙烯(PP g MAH)、乙烯 醋酸乙烯共聚物(EVA)、均聚聚丙烯(PPH)等聚合物对该复合体系性能的影响。研究结果表明,加入适量的接枝物有利于三元复合材料强度的提高,在特定的配比下,PPH和PP3 (共聚聚丙烯 )可分别作为该复合体系的熔体流动速率调节剂和增韧剂。