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空心玻璃微珠填充PP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究
2018-09-04 11:32:17 點(diǎn)擊率:1379
空心玻璃微珠填充PP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究
中國塑料bookmark0空心玻璃微珠填充PP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究雪佳，李亮，余鼎聲，張立群，徐日煒（北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京市新型高分子材料制備與加工重點(diǎn)。
作為填料，其最主要的兩個特性是粒徑和表面活性。是玻璃微珠的掃描電鏡照片，可以看出球形度很高，粒徑有一定的分布。是玻璃微珠的傅立葉紅外光譜分析譜圖。此實(shí)驗(yàn)中，為了防止水分的干擾，用液體石蠟作為包覆介質(zhì)。表明，玻璃微珠沒有明顯顯示羥基和其他極性的活性基團(tuán)峰位，說明玻璃微珠的表面處理較為困難，并且表面改性程度受到限制。
表1玻璃微珠的化學(xué)組成成分冊2玻璃微珠的紅外光譜。2玻璃微珠的表面活化處理玻璃微珠表面因有少量親水性羥基基團(tuán)和大量的硅氧硅化學(xué)鍵，具有親水性，而pp具有憎水性，因此兩者之間的相容性差，界面難以形成良好的粘結(jié)。因此，為了改善填料和樹脂的界面結(jié)合就必須采用適當(dāng)?shù)姆椒▽ξ⒅楸砻孢M(jìn)行改性處理。硅烷偶聯(lián)劑是填料常用的偶聯(lián)劑4是H種含有e4官團(tuán)的分子對玻璃ihing維、硅酸鹽、二氧化硅、三氧化鋁、陶土等填料效果顯著。為了提高玻璃微珠的補(bǔ)強(qiáng)效果，本文采用硅烷偶聯(lián)劑KH―550對微珠進(jìn)行活化處理，以增強(qiáng)PP與填料之間的界面結(jié)合力或相容性11. 2.3玻璃微珠/PP復(fù)合材料力學(xué)性能2.3.1玻璃微珠/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度由、、發(fā)現(xiàn)，未活化的玻璃微珠添加到PP中，從總體趨勢看，共混物的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度°C）均隨著玻璃微珠含量的提高而下降。
這是因?yàn)樽鳛閯傂圆Ａ⒅?，顆粒間聚集力較大，容易形成粒子團(tuán)聚體，特別是在高填充時。而粒子團(tuán)聚體在材料中是薄弱環(huán)節(jié)，受力后易造成應(yīng)力集中，引起材料破壞，另一方面，也是更重要的方面，玻璃微珠和塑料界面的粘接性較差，因而隨著玻璃微珠含量的提高復(fù)合材料力學(xué)性能下降。
空心微珠含童/份1一活化2―未活化玻璃微珠含量對PP拉伸強(qiáng)度的影響玻璃微珠活化后填充pp時，玻璃微珠和pp間可以形成一個相對好的粘結(jié)界面，同時可以促使玻璃微珠在樹脂中的分散均勻性提高，所以添加適量玻璃微珠的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度有一定程度提高。但由于空心玻璃微珠的表面活性基團(tuán)很少，因此采用偶聯(lián)劑KH― 550對其活化后，玻璃微珠的表面與PP大分子間的作用力并沒有得到很大提高，當(dāng)活化玻璃微珠大量添加到PP塑料中后，玻璃微珠間由于聚集發(fā)生團(tuán)聚，最終導(dǎo)致材料的拉伸強(qiáng)度有所下降。就沖擊強(qiáng)度而言，由于活化玻璃微珠和PP間存在著相對好的粘結(jié)界面，導(dǎo)致裂紋在活化玻璃微珠和聚丙烯間界面擴(kuò)展比在未活化玻璃微珠和聚丙烯間界面擴(kuò)展時，需要消耗更多的能量，因而沖擊強(qiáng)度較未活化體系要高。但顯然由于玻璃微珠不能引發(fā)銀紋、剪切帶，界面空化效應(yīng)也不強(qiáng)，故隨著玻璃微珠含量的提高，材料的沖擊強(qiáng)度有所從看出，添加未活化的玻璃微珠，PP復(fù)合材料的熔體粘度隨著玻璃微珠含量的提高而上升，這是由于在此體系中未活化的玻璃微珠的阻流效應(yīng)造成的，玻璃微珠活化后，pp復(fù)合材料的熔體粘度雖然亦隨著玻璃微珠含量的提高而上升，但與未活化玻璃微珠和pp共混物的熔體粘度相比較，提高幅度要小，這是由于活化的玻璃微珠粒子與pp樹脂界面相容性有所提高，使玻璃微珠與pp分子鏈間的界面相對運(yùn)動摩擦阻力減小。
2.3.3玻璃微珠/PP復(fù)合材料的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)PP/玻璃微珠（活化）復(fù)合材料流變曲線和是未活化和活化玻璃微珠/PP復(fù)合材料沖擊斷裂面的掃描電鏡照片，可以看出，未活化玻璃微珠/PP復(fù)合材料中，非常光滑的玻璃微珠分布在PP連續(xù)相中，二者有明顯的分界面和空隙，玻璃微珠與基體樹脂之間幾乎無粘結(jié)，受外力沖擊后，玻璃微珠在基體樹脂中滑動，產(chǎn)生了溝槽，對樹脂起破壞作用，這表明未處理的玻璃微珠與PP相容性較差，因此，添加未活化的玻璃微珠使PP的拉伸、沖擊強(qiáng)度下降。
從活化玻璃微珠/PP體系的沖擊斷裂面掃描電鏡照片發(fā)現(xiàn)，用KH-550活化后的玻璃微珠與PP樹脂間的相分界面較模糊，斷裂面上無大量玻璃微珠脫粘后產(chǎn)生的空洞，說明活化后的玻璃微珠與PP的粘接性得到了一定程度的提高。
4活化PP/玻璃微珠復(fù)合材料的維卡軟化點(diǎn)從表2可見，添加活化玻璃微珠的共混物的維卡軟化點(diǎn)與純PP相比稍有提高，表明玻璃微珠可改善PP的耐熱性。
表2PP/玻璃微珠復(fù)合材料的維卡軟化點(diǎn)配方PP/微珠配比軟化點(diǎn)/°C 3結(jié)論a）在pp中添加未活化的玻璃微珠，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度（低溫和室溫）隨著玻璃微珠含量的提高而有所下降。
?。?）添加適量活化玻璃微珠，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨著玻璃微珠含量的提高而緩慢上升。
a）添加未活化或活化玻璃微珠復(fù)合材料的熔體粘度均隨著玻璃微珠含量的增加而提高，但活化玻璃微珠復(fù)合材料的熔體粘度提高幅度較小。
?。?）微觀形態(tài)結(jié)果表明，未活化的玻璃微珠/PP復(fù)合材料相分界面明顯，采用KH-550活化的玻璃微珠與PP相分界面較模糊。
a）作為填料，玻璃微珠能提高pp的維卡軟化點(diǎn)。
?。?）對PP樹脂而言，活化玻璃微珠是一種理想的填料，可以適量填充，能夠降低制品成本，添加量少時起到增強(qiáng)作用。
中國塑料bookmark0空心玻璃微珠填充PP復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能研究雪佳，李亮，余鼎聲，張立群，徐日煒（北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京市新型高分子材料制備與加工重點(diǎn)。
作為填料，其最主要的兩個特性是粒徑和表面活性。是玻璃微珠的掃描電鏡照片，可以看出球形度很高，粒徑有一定的分布。是玻璃微珠的傅立葉紅外光譜分析譜圖。此實(shí)驗(yàn)中，為了防止水分的干擾，用液體石蠟作為包覆介質(zhì)。表明，玻璃微珠沒有明顯顯示羥基和其他極性的活性基團(tuán)峰位，說明玻璃微珠的表面處理較為困難，并且表面改性程度受到限制。
表1玻璃微珠的化學(xué)組成成分冊2玻璃微珠的紅外光譜。2玻璃微珠的表面活化處理玻璃微珠表面因有少量親水性羥基基團(tuán)和大量的硅氧硅化學(xué)鍵，具有親水性，而pp具有憎水性，因此兩者之間的相容性差，界面難以形成良好的粘結(jié)。因此，為了改善填料和樹脂的界面結(jié)合就必須采用適當(dāng)?shù)姆椒▽ξ⒅楸砻孢M(jìn)行改性處理。硅烷偶聯(lián)劑是填料常用的偶聯(lián)劑4是H種含有e4官團(tuán)的分子對玻璃ihing維、硅酸鹽、二氧化硅、三氧化鋁、陶土等填料效果顯著。為了提高玻璃微珠的補(bǔ)強(qiáng)效果，本文采用硅烷偶聯(lián)劑KH―550對微珠進(jìn)行活化處理，以增強(qiáng)PP與填料之間的界面結(jié)合力或相容性11. 2.3玻璃微珠/PP復(fù)合材料力學(xué)性能2.3.1玻璃微珠/PP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度由、、發(fā)現(xiàn)，未活化的玻璃微珠添加到PP中，從總體趨勢看，共混物的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度°C）均隨著玻璃微珠含量的提高而下降。
這是因?yàn)樽鳛閯傂圆Ａ⒅?，顆粒間聚集力較大，容易形成粒子團(tuán)聚體，特別是在高填充時。而粒子團(tuán)聚體在材料中是薄弱環(huán)節(jié)，受力后易造成應(yīng)力集中，引起材料破壞，另一方面，也是更重要的方面，玻璃微珠和塑料界面的粘接性較差，因而隨著玻璃微珠含量的提高復(fù)合材料力學(xué)性能下降。
空心微珠含童/份1一活化2―未活化玻璃微珠含量對PP拉伸強(qiáng)度的影響玻璃微珠活化后填充pp時，玻璃微珠和pp間可以形成一個相對好的粘結(jié)界面，同時可以促使玻璃微珠在樹脂中的分散均勻性提高，所以添加適量玻璃微珠的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度有一定程度提高。但由于空心玻璃微珠的表面活性基團(tuán)很少，因此采用偶聯(lián)劑KH― 550對其活化后，玻璃微珠的表面與PP大分子間的作用力并沒有得到很大提高，當(dāng)活化玻璃微珠大量添加到PP塑料中后，玻璃微珠間由于聚集發(fā)生團(tuán)聚，最終導(dǎo)致材料的拉伸強(qiáng)度有所下降。就沖擊強(qiáng)度而言，由于活化玻璃微珠和PP間存在著相對好的粘結(jié)界面，導(dǎo)致裂紋在活化玻璃微珠和聚丙烯間界面擴(kuò)展比在未活化玻璃微珠和聚丙烯間界面擴(kuò)展時，需要消耗更多的能量，因而沖擊強(qiáng)度較未活化體系要高。但顯然由于玻璃微珠不能引發(fā)銀紋、剪切帶，界面空化效應(yīng)也不強(qiáng)，故隨著玻璃微珠含量的提高，材料的沖擊強(qiáng)度有所從看出，添加未活化的玻璃微珠，PP復(fù)合材料的熔體粘度隨著玻璃微珠含量的提高而上升，這是由于在此體系中未活化的玻璃微珠的阻流效應(yīng)造成的，玻璃微珠活化后，pp復(fù)合材料的熔體粘度雖然亦隨著玻璃微珠含量的提高而上升，但與未活化玻璃微珠和pp共混物的熔體粘度相比較，提高幅度要小，這是由于活化的玻璃微珠粒子與pp樹脂界面相容性有所提高，使玻璃微珠與pp分子鏈間的界面相對運(yùn)動摩擦阻力減小。
2.3.3玻璃微珠/PP復(fù)合材料的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)PP/玻璃微珠（活化）復(fù)合材料流變曲線和是未活化和活化玻璃微珠/PP復(fù)合材料沖擊斷裂面的掃描電鏡照片，可以看出，未活化玻璃微珠/PP復(fù)合材料中，非常光滑的玻璃微珠分布在PP連續(xù)相中，二者有明顯的分界面和空隙，玻璃微珠與基體樹脂之間幾乎無粘結(jié)，受外力沖擊后，玻璃微珠在基體樹脂中滑動，產(chǎn)生了溝槽，對樹脂起破壞作用，這表明未處理的玻璃微珠與PP相容性較差，因此，添加未活化的玻璃微珠使PP的拉伸、沖擊強(qiáng)度下降。
從活化玻璃微珠/PP體系的沖擊斷裂面掃描電鏡照片發(fā)現(xiàn)，用KH-550活化后的玻璃微珠與PP樹脂間的相分界面較模糊，斷裂面上無大量玻璃微珠脫粘后產(chǎn)生的空洞，說明活化后的玻璃微珠與PP的粘接性得到了一定程度的提高。
4活化PP/玻璃微珠復(fù)合材料的維卡軟化點(diǎn)從表2可見，添加活化玻璃微珠的共混物的維卡軟化點(diǎn)與純PP相比稍有提高，表明玻璃微珠可改善PP的耐熱性。
表2PP/玻璃微珠復(fù)合材料的維卡軟化點(diǎn)配方PP/微珠配比軟化點(diǎn)/°C 3結(jié)論a）在pp中添加未活化的玻璃微珠，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度（低溫和室溫）隨著玻璃微珠含量的提高而有所下降。
?。?）添加適量活化玻璃微珠，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨著玻璃微珠含量的提高而緩慢上升。
a）添加未活化或活化玻璃微珠復(fù)合材料的熔體粘度均隨著玻璃微珠含量的增加而提高，但活化玻璃微珠復(fù)合材料的熔體粘度提高幅度較小。
?。?）微觀形態(tài)結(jié)果表明，未活化的玻璃微珠/PP復(fù)合材料相分界面明顯，采用KH-550活化的玻璃微珠與PP相分界面較模糊。
a）作為填料，玻璃微珠能提高pp的維卡軟化點(diǎn)。
?。?）對PP樹脂而言，活化玻璃微珠是一種理想的填料，可以適量填充，能夠降低制品成本，添加量少時起到增強(qiáng)作用。