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硅灰石行業新聞

改性超細硅灰石材料在聚丙烯塑料中的應用研究

作者: 馮文林 時間:2022-01-05 13:51:46 閱讀:71

改性超細硅灰石材料在聚丙烯塑料中的應用研究


改性超細硅灰石材料在聚丙烯塑料中的應用研

摘要:用各種改性劑對超細硅灰石粉體進行改性,通過雙螺桿擠出機與聚丙烯進行混合改


性造粒,在掃描電鏡中觀察了硅灰石與塑料的結合情況,對注塑試樣測試并分析了相關性

能,同時與滑石等其他無機粉體改性PP材料進行了對比,結果表明:硅灰石改性PP具有

更好的力學性能和耐刮擦性能。

    硅灰石是上世紀50年代開始開發利用的一種新型無機粉體材料,成份是一種鈣的偏硅酸鹽類礦物,化學組成為CaS103,理論化學成份Ca0  48.3%,Si0251.7%,具有纖維狀(針狀)結構、穩定的化學性能、低的吸水率、吸油值和無毒無嗅等性質。

硅灰石在添加到高聚物中后,可以明顯地改善材料的尺寸穩定性,防止熱塌陷,提高材料的彎曲強度、彎曲模量、熱變形溫度和蠕變性能,減少材料的收縮率和翹曲變形,但會影響材料的沖擊強度。通過利用各種改性劑對超細硅灰石粉體進行改性,與聚丙烯樹脂共混造粒后,在掃描電鏡中觀察硅灰石與塑料的結合情況,研究分析了材料的耐刮擦性能、彎曲強度、彎曲模量及斷裂伸長率等內容,得到了性能優異的改性聚丙烯材料,可以廣泛應用在汽車、電子、建筑等領域。

 

1.2主要設備和儀器

    實驗室用高速捏合機,GH- 10型,江蘇張家港;由35平行同向雙螺桿擠出機,南京瑞亞:WKIOO注塑機,山西汾西;萬能試驗機,河北承德:沖擊試驗機,河北承德;二次元相儀,美國產:CM- 2500C光度計,柯尼卡美能達;430P-L劃格儀,Erich sem公司:掃描電鏡,日本JEOL公司。

1.3粉體改性及改性試樣的制備

1.3.1硅灰石粉體的改性

    硅灰石和硅灰石粉體具有親水疏油性,與PP材料的相容性差,通過對它進行表面改性,從而改善它在聚合物體系中的分散性,進而達到相關的使用性能。對于粉體改性主要有干法和濕法兩種,我們采取通過在高速捏合機進行表面改性的干法工藝。偶聯劑選用硬脂酸,改性溫度90℃~100℃,用量為1%,改性時間l5分鐘。

1.3.2樣品的制備

    首先在高速捏合機中將改性好的粉體材料與PP材料進行混合,然后通過雙螺桿擠出造粒,再經過注射成型,制成相應的測試樣件。

1.4分析及測試方法

1.4.1 SEM分析

    通過對各種改性硅灰石增強PP材料拉伸斷裂處進行掃描電鏡觀察,確定硅灰石在PP中的分散及結合性。

1.4.2物理性能測試方法:

    簡支梁沖擊強度和懸臂梁沖擊強度分別依據GB/ T1043.1。2008、GB/ Tl843- 2008并均為l型試樣,

A型缺口:  彎曲試驗依據GB/ T9341。2008:拉伸試驗依據GB/ T1040.2·2006并采用lA型試

樣,拉伸速度為Smm/min: HDT依據GB/ T1634.1·2004并采用A法側立1. 8MPa負荷。

1.4.3耐刮擦性能測試方法:

    目前,對于耐刮擦性能測試并沒有一個統一的標準,現在主要存在美國通用公司、歐盟和日本的三種方法,我們分別按照通用公司和德國大眾的兩種方法進行了測試分析。

    德國大眾測試方法:配方PP+30%填料,注塑成Φ100*3mm的圓片,在實驗室用劃格儀分別劃出垂直相交的10條線,然后用光度計測試△L,△E值,通過上述兩值確定耐刮擦性能。

    通用公司測試方法:配方PP+20%填料,注塑成100*100*3mm的平板件,在實驗室用10N力劃5條直線,然后再通過二次原相儀測試出劃傷的寬度,確定耐刮擦性能。

2結果與討論

2.1改性偶聯劑的選擇

    目前,常用對無機粉體進行改性的材料主要有偶聯劑(硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、復合偶聯劑等)和表面活性劑(硬脂酸、聚乙烯醇等)。我們選擇了烷基硅烷(A)、鈦酸酯(B)、鋁酸酯(C)復合偶聯劑(D)及硬脂酸(E)對超細硅灰石粉體進行改性,然后按30%的量加入到PP材料中,通過造粒、注塑和測試等環節后,得到各改性劑改性PP的沖擊強度和彎曲模量的比較圖。

從中可以看出:由于硅烷比較硬,故它的剛性(彎曲模量)要好,而韌性(沖擊強度)要差一些,對于硬脂酸則相反。鈦酸酯和鋁酸酯的性能比較接近,而自制的復合偶聯劑則由于綜合優化了材料的剛性和韌性,為最佳改性劑。

2.2硅灰石改性PP材料的SEM分析PP材料的掃描電鏡圖片,從圖片中也可以看出:硅烷改性材料中硅灰石和PP樹脂的結合較好,鈦酸酯及硬脂酸的結合不好,而且有較多的空洞,復合偶聯劑的分散及相容效果最好。這與2.1中的結果也相吻合。

2.3耐刮擦性能分析

聚烯烴材料的耐刮擦性能明顯較差,而這一性能卻是儀表板、操控臺和門板表皮等汽車內部應用部件的關鍵性能。同時,抗刮擦性是汽車外部應用部件、ATVs(全地形車輛)等車輛、耐用品和家具等的重要性能之一。塑料和汽車工業正積極尋找解決方案以提高高分子材料的耐刮擦性能。由于硅灰石礦纖材料的奠氏硬度達到4.5,是所有無機粉體材料中最高的,因此通過添加硅灰石礦纖材料到聚烯烴材料中以提高材料的抗刮擦性能。

2.3.1德國大眾標準的測試分析

表l為分別選用不同的材料對PP進行改性后耐刮擦性能的比較,此項測試首先要觀察劃格后樣品的表面外觀,其次要對比樣品的AL、AE值,兩個值越小越好,從結果中可以看出:玻纖樣品經劃格后,肉眼即可看出劃痕的表面毛糙,用手摸上去有扎手的感覺,效果非常差,而對比硅灰石和滑石,硅灰石的耐刮擦性能要好于滑石材料。

2.3.2美國通用標準的測試分析

    通過二次元相儀測量,20%硅灰石的刮擦寬度為0. 3656mm,麗20%滑石改性PP材料的刮擦寬度為0. 3945mm,硅灰石要好于滑石,同時,從圖片上劃痕的清晰程度來看,硅灰石填充PP也比滑石粉填充PP的劃痕要模糊一些。

2.4各種無機粉體增強PP力學性能比較分別在PP中添加30%的硅灰石、滑石和碳酸鈣,測試性能后得到。

    從上表可以看出:在相同添加量的情況下,三種粉體改性PP材料的拉伸強度與純PP材料變化不大,表明三種粉體的粒徑和混合分散效果均較好;硅灰石改性PP材料在沖擊強度方面比碳酸鈣改性PP材料和純PP略差,而優于滑石粉,說明碳酸鈣的球狀結構與PP樹脂的界面結合要好于針狀結構的硅灰石和片狀結構的滑石;在其它方面,硅灰石改性材料的性能優于另外兩種材料,特別是在斷裂伸長率方面,具有明顯優勢,是由于硅灰石的硬度和纖維狀結構起到了主要作用。

3結論

(1)改性硅灰石礦纖材料的最佳改性劑為自制的復合偶聯劑。

( 2)改性硅灰石可以很好改善PP材料的力學性能,提高耐刮擦性能、彎曲強度、彎曲模量,可以廣泛地應用在汽車、電子、建筑等領域,達到提高性能、降低成本的功效。

(3)硅灰石粉體在增強PP中比滑石粉和碳酸鈣具有更好的力學性能,特別是斷裂伸長率的優勢明顯。


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