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聚丙烯作为一种常见的热塑性塑料,由于其良好的加工性,较高的力学性能,易回收和低成本等特点,使其在包装、日常消费用品和汽车配件等方面得到广泛的应用。但由于其模量小,缺口敏感性强,冲击强度低,特别是低温和高应变速率下的冲击强度低,PP作为工程塑料的应用受到限制。因此,如何进一步提高PP的机械力学性能受到人们的极大关注。
分子筛是一类硅酸盐材料,其独特的结构特征及性质在于具有长程有序的孔结构、孔径分布窄并可以调变、高孔隙率、大比表面积以及表面含端羟基等。作为新型的无机材料,分子筛的研究主要集中于催化剂、吸附剂以及载体材料等方面,尤其是在利用其空旷的孔道结构负载金属催化剂以及有机分子方面,受到了化学家的重视。但相比之下,利用分子筛的结构特点,将其作为一种无机填充材料改性聚合物的研究还很少。
本文通过MAH及偶联剂对分子筛进行表面修饰,采用熔融混炼制备分子筛含量较高的母料,将其与聚合物二次熔融挤出制备不同分子筛含量的复合材料。采用热重分析(TGA),傅立叶转换红外光谱(FTIR)、DSC、POM、流变仪和常规力学测试等实验方法研究了改性分子筛的热失重行为、复合材料的结晶与熔融行为、结晶形态、流变行为和力学性能。研究结果表明:
1.红外光谱和热重分析显示MAH成功负载于分子筛且吸附量5.51%左右达到饱和。
2.与纯PP相比,在分子筛含量小于3wt%时,复合材料具有高的拉伸和冲击性能,而弯曲性能随着分子筛含量的增大而增大。经MAH改性后的分子筛/PP复合材料的拉伸、弯曲和冲击性能比纯PP均有较大的提高,与未改性的分子筛/PP复合材料相比,在MAH用量较少时随着分子筛用量的增加,改性后的复合材料力学性能提高较明显,但继续增加MAH的用量,力学性能降低。
3.与未改性的分子筛/PP复合材料相比,经过硅烷偶联剂表面处理的分子筛可较显著地改善PP基体的力学性能。硅烷偶联剂用量为2%寸,复合材料的力学性能较高。硬脂酸与硅烷偶联剂配合使用可进一步提高分子筛/PP复合材料的力学性能,随着分子筛含量的增加,复合材料的拉伸强度呈先增大后减小的变化趋势。当分子筛含量为21wt%时,复合材料的冲击强度达到最大值,比纯PP提高了33.83%,比采用偶联剂处理的复合材料提高了13.01%。
4.分子筛/PP复合材料的结晶行为研究表明,分子筛对PP结晶起到异相成核的作用,分子筛用量增加,复合材料的结晶温度提高;MAH改性分子筛/PP复合材料,由于MAH与PP发生接枝反应形成接枝物,对PP起到异相成核的作用,使改性材料的结晶温度提高;但是,MAH用量增加,结晶温度变化不大;对于DCP存在下的MAH改性体系,MAH用量≤10phf改性样品的结晶峰温明显高于无DCP的,MAH≥20phf时结晶温度基本维持不变。
5.流变性研究表明,复合材料的表观粘度随剪切速率的增大而降低,当分子筛含量在3%以上时,随分子筛含量的增加,表观粘度明显降低。MAH改性的分子筛/PP复合材料的表观粘度比未改性的分子筛/PP复合材料的表观粘度小,但它们要比纯PP的表观粘度要高一些。随着MAH用量的增加,复合材料的表观粘度降低,熔体流动性变好。但MAH用量过多,复合材料的表观粘度反而升高。