ＪＡＮＵＡＲＹ＼ＦＥＢＲＵＡＲＹ加工应用
PP/CaCO３复合材料的力学性能研究
张志洪
广州本田汽车有限公司研发中心广东广州５１０７００
摘
然后对复合材料的力学性能进行分析，研究要：通过采用熔融共混的方法制备了ＰＰＣａＣＯ３复合材料，
了微米级和纳米级ＣａＣＯ３的表面处理、含量对ＰＰＣａＣＯ３复合材料力学性能的影响规律，并对此影响规律进行合理的解释。
关键词：ＰＰＣａＣＯ３复合材料力学性能微米ＣａＣＯ３
纳米ＣａＣＯ３
聚丙烯（ＰＰ）是由丙烯聚合而得到的高分子化合物。由于其原料丰富，合成工艺比较简单，与其他通用热塑性塑料相比，ＰＰ具有相对密度小、价格低、加工性好以及综合性能较好等特点，其屈服强度、拉伸强度、表面硬度及弹性模量均较优异，并有突出的耐应力开裂性和耐磨性，因而在汽车工业、家用电器、建筑行业韧等多方面得到广泛的应用。但ＰＰ也存在低温脆性、性差以及机械性能较低、成型收缩率大等缺点，因此在应用上作为结构材料使用时受到了很大。为了扩必须对ＰＰ进行一定的大ＰＰ的应用范围并降低成本，
原材料成本改性［１，２］。由于物理填充改性的工艺简单、
较低，特别是随着纳米技术的发展，将纳米无机刚性粒子填充到聚合物中进行改性，开发出高性能的新型复合材料，已成为了近年来材料领域研究的一个热点［３，４］。
本文主要研究了微米级和纳米级ＣａＣＯ３对ＰＰ的含量对复合材填充改性，讨论了ＣａＣＯ３的表面处理、料力学性能的影响规律，为ＣａＣＯ３填充ＰＰ复合材料的加工和应用提供了一些理论基础。１实验部分１．１实验原料
ＰＰ：Ｔ３０Ｓ，中国石化武汉凤凰股份有限公司，在标准测试条件下熔融指数为３．２ｇ１０ｍｉｎ；
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作者简介：张志洪，男，１９７９年出生，硕士，长期从事聚合物成型加工、聚合物性能测试等领域的研究工作。
ＢＴ－３，广东恩平燕华化工实业有微米级ＣａＣＯ３：限公司，平均粒径为１．５μｍ；
ＣＣＲ，广东恩平燕华化工实业有限纳米级ＣａＣＯ３：公司，平均粒径为８０ｎｍ；
钛酸酯偶联剂：工业级，市售。１．２试样制备
（１）将微米ＣａＣＯ３和纳米ＣａＣＯ３分别放入干燥箱中烘干。
使用适量的钛酸酯偶联剂对ＣａＣＯ３进行表面处（２）
理，并分别将表面处理前和表面处理后的ＣａＣＯ３与ＰＰ按照一定的质量配比在高速混合机中混合，得到ＣａＣＯ３与ＰＰ的初步混合物。
将ＣａＣＯ３与ＰＰ的初步混合物，放在双螺杆（３）
挤出机上塑化挤出，挤出物经过水槽冷却后，再经过风干装置初步吹干，最后通过切粒机切断造粒。
将制得的ＰＰ复合材料粒料烘干后，用注塑（４）
机注射出标准拉伸和冲击试样。１．３性能测试
拉伸试验在美国Ｉｎｓｔｒｏｎ公司的５５６６型台式电子万能材料试验机上进行，测试标准为ＧＢＴ１０４０－１９９２；冲击试验在美国Ｉｎｓｔｒｏｎ公司的ＰＯＥ２０００型摆锤冲击试验机上进行，测试标准为ＧＢＴ１８４３－１９９６。
４６２００７．１＼２２００７．Ｎｏ．１＼２（总第１５０期）２结果与讨论
２．１偶联剂最佳用量的确定
对ＣａＣＯ３粒子进行表面改性时，钛酸酯偶联剂用不能最大限度量过少，不足以完全覆盖ＣａＣＯ３表面，的提高ＣａＣＯ３在ＰＰ中分散性及界面结合；用量过多，则会导致ＣａＣＯ３易于粘附成团，在基体中分散不均，从而使复合材料的力学性能下降。因此，钛酸酯偶联剂应有一个最佳的用量。
为了确定最佳的偶联剂用量，本人作了如下实验：纳米ＣａＣＯ３粒子的填充量为ＰＰ的２％，在纳米ＣａＣＯ３组分含量不变的情况下，改变钛酸酯偶联剂的用量，分析ＰＰＣａＣＯ３复合材料的力学性能与钛酸酯偶联剂用量的关系，如图１和图２所示，得出偶联剂的最佳用量。
强度和冲击强度比未经表面处理即填充的拉伸强度和冲击强度均有所提高。当钛酸酯偶联剂的用量为纳米ＣａＣＯ３含量的２％时，复合材料的拉伸强度和冲击强度都出现最大值。因此，本人选定钛酸酯偶联剂用量为２％时为ＣａＣＯ３粒子表面改性的最佳用量。（下文中所说的经表面处理的微米级和纳米级ＣａＣＯ３均以２％的钛酸酯偶联剂处理过。）
２．２ＣａＣＯ３含量对ＰＰ／ＣａＣＯ３复合材料力学性能的影响
从图３和图４中微米和纳米ＣａＣＯ３粒子填充ＰＰ复合材料的力学性能可以看出，经表面处理的纳米
图１复合材料的拉伸强度与钛酸酯含量的关系图３ＰＰ／ＣａＣＯ３复合材料的拉伸强度与ＣａＣＯ３含量的关系
图２复合材料的冲击强度与钛酸酯含量的关系图４
ＰＰ／ＣａＣＯ３复合材料的冲击强度与ＣａＣＯ３含量的关系
可以看出在纳米ＣａＣＯ３粒子质从图１和图２中，
量百分含量固定不变的情况下，采用钛酸酯偶联剂对ＣａＣＯ３进行表面处理后再填充ＰＰ的复合材料的拉伸
ＣａＣＯ３与微米ＣａＣＯ３填充ＰＰ后，复合材料的力学性能趋势基本相同。复合材料的拉伸强度和冲击强度随着填充粒子含量的增加，先增大后减小。当用纳米ＣａＣＯ３
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２００７．１＼２ＪＡＮＵＡＲＹ＼ＦＥＢＲＵＡＲＹ加工应用
填充时，最大值出现在ＣａＣＯ３含量为６％处，拉伸强度比ＰＰ基体提高２２％，冲击强度比ＰＰ基体提高９０％；而用微米ＣａＣＯ３填充时，最大值出现在ＣａＣＯ３含量为４％处，但此时的拉伸强度和冲击强度比ＰＰ基体增加不大。从而可知，纳米ＣａＣＯ３的填充改性效果明显好这说明纳米ＣａＣＯ３与于微米ＣａＣＯ３的填充改性效果，
ＰＰ树脂具有一定程度的相容性，能起到增强增韧的效果，这一点与微米级的ＣａＣＯ３有明显的区别。
随着ＣａＣＯ３含量的从图３和图４中还可以看到，
增加，复合材料的拉伸强度和冲击强度增大，在峰值过后，复合材料的力学性能都在下降，但添加纳米ＣａＣＯ３复合材料的下降幅度比添加微米ＣａＣＯ３的大得多。这纳米粒子在ＰＰ是由于当纳米ＣａＣＯ３含量较小的时候，
中的分散效果比较好。此时，随着在基体中能良好分散开的ＣａＣＯ３粒子增加，体系中起到应力集中点的颗粒增加。而且纳米粒子的比表面积大，能引发更多的银纹吸收能量，因而材料的力学性能增高幅度大。但在纳米ＣａＣＯ３添加量较多时，由于高的表面能的作用，纳米粒子难以在基体树脂中均匀分散，粒子间也容易发生团聚，从而造成复合材料的冲击强度和拉伸强度下降快的趋势。
ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰＰ／ＣａＣＯ３Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
ＺｈａｎｇＺｈｉ－ｈｏｎｇ
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒｏｆＧｕａｎｇｚｈｏｕＨｏｎｄａＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＬｉｍｉｔｅｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０７００
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＰ／ＣａＣＯ３ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｉｘｅｄｍｅｌｔ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｒｕｌｅｓａｂｏｕｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰＰ／ＣａＣＯ３ＣｏｍｐｏｓｉｔｅａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｍｉｃｒｏｎａｎｄｎａｎｏＣａＣＯ３ｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｒｕｌｅｓｗａｓｅｘｐｌａｉｎｅｄｒｅａｓｏｎａｂｌｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＰ／ＣａＣＯ３Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｍｉｃｒｏｎＣａＣＯ３；ｎａｎｏＣａＣＯ３
您对本文有任何观点或意见，请发邮件至本刊编辑信箱：ｐｆ１２５＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ３结论
ａ．使用钛酸酯偶联剂对ＣａＣＯ３进行表面处理后再填充ＰＰ，可以改善ＰＰＣａＣＯ３复合材料的力学性能，当钛酸酯偶联剂用量为ＣａＣＯ３含量的２％时最佳。
ｂ．纳米级ＰＰＣａＣＯ３复合材料的力学性能明显优于微米级ＰＰＣａＣＯ３复合材料的力学性能。
ｃ．纳米级ＰＰＣａＣＯ３复合材料的力学性能，随着ＣａＣＯ３含量的增加，均呈现先增加后减小的趋势，当纳达到最佳值，此时拉伸强度比米ＣａＣＯ３含量为６％时，
ＰＰ基体提高２２％，冲击强度比ＰＰ基体提高９０％。
参考文献
１任显诚，白兰英，王贵恒等．纳米级ＣａＣＯ３粒子增韧增强聚丙烯的研究．中国塑料．２０００，１４（１）：２２－２６
２王旭，黄锐，濮阳楠．聚合物基纳米复合材料的研究进展．塑料，２０００，２９（４）：２５－３１
３章峻，成江等．ＣａＣＯ３颗粒级配填充对ＰＰ性能和结构的影响．高分子材料科学与工程．２００３，６（１９）：１７５－１７８
４李帅，王佩，赵玉玲等．重钙与轻钙填充聚烯烃性能的比较研究．塑料．２００２，３１（４）：５０－５４
英国ＬＩＮＰＡＣ集团在常州建亚洲最大的薄膜生产基地
欧洲塑料巨头———英国ＬＩＮＰＡＣ集团再度投资江苏省常州市薄膜生产，由该集团独资的薄膜项目近日与常州市正式签约。英国ＬＩＮＰＡＣ集团是欧洲著名的塑料包装生产企业，该集团旗下的威康特公司此前已在常州目前工程进展顺利。武进高新区投资建塑料薄膜厂，注册资本为１５００万美元，
为了扩大薄膜生产规模，ＬＩＮＰＡＣ集团将在武进高新区扩大投资兴建第二个薄膜厂，注册资本为１２５０万美元，项目建成后，武进高新区将成为ＬＩＮＰＡＣ集团在亚洲最大的薄膜生产基地。
４８（郑宁来）
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