实验原料 | |
CSW-70-GX02 | 江西砥石矿纤技术有限公司 |
PPJ340 | 中石化扬子石化有限公司 |
偶联剂 | 武汉大学何教授制作 |
实验设备 | |
SH-35双螺杆挤出机 | 南京国塑挤出装备有限公司 |
JZL-D电子万能试验机 | 扬州市精卓试验机械厂 |
JZ-5020简支梁冲击试验机 | 扬州市精卓试验机械厂 |
热变形维卡测定仪 | 承德金建检测仪器有限公司 |
实验方法及过程
协效剂在聚丙烯树 脂中更均匀分散需要与基体材料有很好的亲和性。无机粉体表面处理通常选用的表面改性剂有:不饱和有机酸、高级脂肪酸及其盐类、偶联剂等。偶联剂包括硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、锆酸酯类以及铝钛复合类。
>> 试样制备
按照不同实验配方要求将协效剂、PP树脂加入双螺杆挤出机挤出造粒,挤出机工艺参数要求:主机转速 300r/min;牵引速度 150r/min;机头温度 200℃;加热段 1~9 区的温度分别为 170℃,180℃,190℃,200℃,210℃,210℃,210℃,200℃;机头温度 200℃;物料 190℃。将造粒好的粒料置于 95℃鼓风干燥箱内干燥 2h,然后用注塑机注塑成标准样条待检测。
实验结果与讨论
表1 不同协效剂添加量的PP复合材料力学性能 | ||||||
试验编号 | 协效剂添 加量% | 冲击强度 KJ/m2 | 拉伸强度 MPa | 弹性模量 MPa | 弯曲强度 MPa | 弯曲模量 MPa |
1 | 0 | 11.14 | 18.78 | 1226.43 | 21.78 | 1096.18 |
2 | 10 | 10.56 | 19.54 | 1553.55 | 22.24 | 1174.10 |
3 | 20 | 9.78 | 21.68 | 1681.43 | 25.21 | 1497.29 |
4 | 30 | 8.83 | 24.06 | 1975.49 | 29.92 | 2183.63 |
5 | 40 | 8.72 | 24.96 | 2001.72 | 28.76 | 2204.56 |
由表 1 可以看出,随着树脂中的协效剂含量的增加,复合材料的冲击韧性呈下降趋势,但下降幅度不大;拉伸强度、弯曲强度、弹性模量和弯曲模量随着含量的增加变大。协效剂在刚性方面表现较为优越。复合材料中协效剂含量不断增加的同时,粒子间的相互碰撞作用也会增加,碰撞的结果会使部分粒子折断破坏结构,从而影响协效剂对复合材料的增强效果。
表2 添加不同粒径协效剂的PP复合材料力学性能 | |||||
协效剂型号 | 冲击强度 KJ/m2 | 拉伸强度 MPa | 弹性模量 MPa | 弯曲强度 Mpa | 弯曲模量 MPa |
CSW-60-GX01 | 6.36 | 20.61 | 2402.99 | 35.58 | 2015.91 |
CSW-70-GX01 | 8.62 | 23.22 | 2131.77 | 33.45 | 1682.52 |
CSW-80-GX02 | 10.12 | 19.38 | 1798.92 | 29.49 | 1831.37 |
不仅协效剂添加量对复合材料力学性能产生影响,而且协效剂的粒径也会对材料力学性能产生较大影响。由表 2 数据可以看出,不同粒径的协效剂粉体对 PP 改性的贡献有着明显不同:协效剂粒度越大对材料的强度、刚性方面贡献比较明显,粒径越细、长径比较小时对材料的韧性贡献较好。但是粒径过大时会与基体树脂结合中存在微观分层现象使复合材料无法形成有机整体,不但不能提高其材料的力学性能,反而会造成制品内部缺陷,容易造成制品应力性破坏,所以应根据制品要求选择合适粒径的协效剂进行填充改性。
三、协效剂添加量对 PP 复合材料耐温性的影响
表3 不同协效剂添加量的PP复合材料热变形温度 | ||||
协效剂含量,% | 0 | 10 | 20 | 30 |
热变形温度,℃ | 71.1 | 91.2 | 95.6 | 102.9 |
影响塑料制品使用的热性能主要为耐热温度和耐低温温度。耐热温度主要可用热变形温度、马丁耐热温度及维卡软化点表示,耐低温温度一般用脆化温度表示。本实验主要以热变形温度作为衡量塑料耐热性能高低 的指标进行研究,以NCS-60-GX01 协效剂按不同比例添加至 PPJ340 塑料制得复合材料并按标准要求测试其热变形温度,结果如表3 所示。可见,协效剂在增强塑料的力学性能的同时,由于其本身优越耐温性可明显改 善塑料的耐温性,协效剂添加 30%时热变形温度比纯PP树脂提高将近 60%,明显拓宽塑料的应用领域和使用范围。
实验结论
(1)资源丰富的协效剂被充分利用到聚丙烯树脂的填充改性上后,复合材料的多项指标大幅度提 高,减少树脂用量,降低成本。