聚丙烯/云母复合材料改性研究进展

综述了国内外聚丙烯(PP)/云母复合材料改性研究的最新进展,包括改变云母粒径、加入相容剂、表面改性、加入增韧剂等方法。结果认为,各种改性方法均可使PP/云母复合材料的力学性能相对于纯聚丙烯大幅度提高。最后展望了今后PP/云母复合材料研究亟待解决的问题和发展方向。     

PP/云母高填充复合材料性能的研究

以聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)为相容剂,采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)/云母填充复合材料,通过力学性能测试以及SEM、DSC等分析手段,对PP/云母高填充复合材料的性能进行了研究。结果表明:适量PP-g-MAH以及云母的添加可有效提高PP的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量,其中,当PP-g-MAH和云母的添加量分别为20%和40%时,PP/云母复合材料具有最佳综合力学性能。另外,随着云母粒径的减小,PP/云母复合材料的拉伸强度提高,冲击强度降低;云母在PP基体中起到了异相成核作用,云母粒径越小,其异相成核作用越强,复合材料的结晶度则越大。     

玻纤毡增强聚丙烯复合材料的增容及力学性能

通过玻璃纤维(GF)毡与双螺杆挤出相容剂改性聚丙烯(PP)膜的多层叠合,以熔融浸渍法制得PP基GF毡增强热塑性塑料(GMT)复合材料,研究了相容剂PP接枝马来酸酐(PP-g-MAH)和PP接枝丙烯酸(PP-g-AA)的用量(为PP基体质量的百分数)及其复配改性,以及相容剂改性PP基体分布和毡体种类对GMT力学性能的影响。结果表明,PPg-MAH可明显提高GMT的拉伸与弯曲性能,但降低了冲击性能;PP-g-AA可明显提高GMT的冲击性能,但不利于拉伸与弯曲性能的提高,只有当PP-g-AA用量超过5%后,拉伸性能才有所提升。在PP-g-MAH用量为3%的条件下,将其与不同用量的PP-g-AA进行复配改性没有对GMT力学性能产生协同作用。在各相容剂用量相近(3%~3.5%)的情况下,与相容剂复配改性GMT相比,以两层PP-g-AA改性PP为芯层、PP-g-MAH改性PP为上下表面层作为改性基体分布时,GMT拉伸与弯曲强度分别提高17%和27%、缺口冲击强度提高48%;而以两层PP-g-MAH改性PP为芯层、PP-g-AA改性PP为上下表面层作为改性基体分布时,在不损失强度与刚性的同时,缺口冲击强度提高了88%。采用连续GF毡的GMT力学性能比采用短切GF毡的GMT高,尤其是缺口冲击强度提高了89.6%。     

云母表面改性及其在PP中的应用

采用物理法与化学法对云母表面进行协同改性处理得到两种改性云母,即硅烷偶联剂KH550/石蜡改性云母(KM1)与KH550/癸二酸改性云母(KM2)。将未改性云母(mica)、KM1、KM2分别与聚丙烯(PP)共混,考察了所得复合材料的力学性能、收缩性能及熔体流动性。结果表明:云母经改性后,其疏水性得到提高,改性云母KM1、KM2的接触角分别达到20.13°和11.29°。当云母的添加量为20%时,复合材料的力学性能、收缩性能、熔体流动性均明显改善。此时PP/KM1、PP/KM2的断裂伸长率分别比PP/mica提高了23.35%和14.65%,拉伸强度分别比PP/mica提高了13.41%和9.64%,收缩率则由PP/mica的1.51%分别降低至1.23%和1.21%;另外,PP/KM1的缺口冲击强度和熔体流动速率分别比PP/mica提高了12.5%和35%,PP/KM2的熔体流动速率则仅比PP/mica略有增加。     

橡胶再生剂与相容剂并用在废轮胎胶粉增韧废PP复合材料中的应用研究

进行了橡胶再生剂与相容剂并用在废轮胎胶粉(GRT)增韧废PP复合材料中的应用研究.结果表明,采用橡胶再生剂De-link/相容剂CA并用改性GRT/废PP复合材料的冲击强度可达22.6KJ@m-2,比简单GRT/废PP共混体系提高了2.4倍,比废PP体系提高了2倍;拉伸强度则比简单GRT/废PP共混体系提高了30%,为废PP体系的87%;再生剂通过改变胶粉的交联度来提高复合材料的韧性,相容剂主要通过改善界面性能和提高相容性来提高复合材料的力学性能.     

反应性相容剂的制备及其在PP/玻璃纤维复合材料中的应用

以马来酸酐(MAH)为接枝单体、丙烯酸-2-羟乙酯为共聚单体,利用熔融接枝技术对聚丙烯(PP)进行改性;以MAH/丙烯酸-2-羟乙酯熔融接枝改性PP为相容剂,研究相容剂对PP/玻璃纤维复合材料结构和性能的影响。结果表明:与未接枝PP相比,熔融接枝PP分子上接枝了MAH和—OH基团,而且熔融接枝反应对PP的熔点和热稳定性具有明显影响。另外,随着接枝PP含量的增加,PP/玻璃纤维复合材料的力学性能明显改善。当接枝PP含量为15%时,复合材料的拉伸强度提高了32%,冲击强度提高了13%,表明采用熔融共接枝工艺制备的PP具有优良的增容、偶联和分散效果。     

聚丙烯/改性金云母复合材料的研究

通过熔融共混法,分别将未处理、经庚二酸(PA)处理和经PA/Ca(OH)_2复合处理的金云母与聚丙烯(PP)制备了PP/金云母复合材料。研究了改性金云母对PP结晶行为及力学性能的影响。结果表明:经PA处理后的金云母的粒径更小,分布更窄。加入处理过的金云母的复合材料中β晶的含量显著提升。添加改性金云母复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度提升效果显著。加入处理的金云母后,PP球晶尺寸明显减小,球晶形态发生变化。     

云母与成核剂复配改性PP

采用云母和成核剂填充改性聚丙烯(PP),研究了复合材料的力学性能、结晶性能及耐热性能。结果表明:云母可有效提高PP的弯曲强度及模量、悬臂梁缺口冲击强度和耐热性能;少量成核剂NA11和表面活性剂硬脂酸钙可使PP/云母复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量及悬臂梁缺口冲击强度较纯PP分别提高10.4%,32.9%,92.6%,9.2%,热变形温度由纯PP的105℃提高到135℃;云母及NA11对PP具有异相成核作用,复合材料的结晶温度明显提高,晶粒细化、致密。     

相容剂对碳纤维增强聚丙烯复合材料性能的影响

研究了马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚丙烯(PP-g-GMA)2种相容剂对碳纤维增强聚丙烯(CF/PP)复合材料性能的影响。结果表明:随着相容剂添加量的增加,CF/PP复合材料的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度增加,相容剂添加质量分数在6%时增加效果最为明显;2种相容剂对熔融温度及结晶度影响不大,但PP-g-MAH对CF/PP复合材料综合性能的提升优于PP-g-GMA。     

剑麻纤维素微晶增强聚丙烯复合材料的性能研究

以硅烷偶联剂(KH550)改性后的剑麻纤维素微晶(SFCM)为增强材料改性聚丙烯(PP),以聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)为二者的相容剂,采用熔融共混法制备PP/SFCM复合材料,研究了SFCM对PP/SFCM复合材料的力学性能、耐热性、流动性及熔融结晶行为的影响。力学性能测试表明,SFCM的加入可有效改善PP的强度和刚性,当SFCM的质量份数为9份时,复合材料的力学性能最佳,其拉伸强度和拉伸模量分别提高了15.3%和22.6%,弯曲强度和弯曲模量分别提高了24.6%和35.4%,缺口冲击强度提高了14.9%。热性能及流动性能测试表明,SFCM可提高PP/SFCM复合材料的维卡软化温度,而降低材料的熔体流动速率。DSC研究表明,SFCM可提高复合材料的熔融温度、结晶温度及结晶度。     

玄武岩纤维增强聚丙烯复合材料性能研究

以聚丙烯(PP)树脂为基体,加入玄武岩纤维(BF)和相关助剂,通过双螺杆挤出机熔融共混制得相应复合材料。考查相容剂对PP/BF复合材料性能影响、对PP/BF复合材料和PP/玻璃纤维(GF)复合材料力学性能、微观形貌和耐热氧老化等性能进行对比。通过实验数据分析,加入相容剂后,拉伸强度提高126.8%,弯曲强度提高223.8%,弯曲弹性模量提高119.9%,悬臂梁缺口冲击强度提高223.2%。在同样质量配比下,PP/BF复合材料较PP/GF复合材料拉伸强度提高9.8%,弯曲强度提高11.0%,弯曲弹性模量提高5.8%,悬臂梁缺口冲击强度降低10.7%。从微观电镜分析,加入相容剂可明显改善纤维与PP基材界面浸润程度。另外,BF比GF更易使复合材料老化,常规热氧老化剂1010和168对纤维增强PP类材料耐老化效果并不好,用等量自制热氧老化剂可解决此问题。     

相容剂对PP/PA6/nano-CaCO_3三元复合材料性能的影响

分别以PP-g-MAH和POE-g-MAH为相容剂,制备了聚丙烯/尼龙6/纳米碳酸钙(PP/PA6/nano-CaCO3)三元复合材料。研究了不同相容剂对PP/PA6/nano-CaCO3复合材料力学性能和微观结构的影响,确定了最佳相容剂及其用量。结果表明:相容剂对PP/PA6/nano-CaCO3复合材料具有良好的界面改性效果,其中POE-g-MAH的改性效果较佳。     

高纯聚丙烯相容剂应用于玻璃纤维增强聚丙烯的研究

将自制高纯聚丙烯(PP)相容剂FH118和FH56应用于玻璃纤维(GF)增强PP,并与国外品牌相容剂进行了对比。结果表明,FH118和FH56的挥发性有机物含量分别仅为0.19%和0.21%;使用FH118和FH56作为相容剂时,PP/GF复合材料的拉伸强度、弯曲强度均有大幅度提高,并能够保持复合材料原有的弯曲弹性模量和缺口冲击强度不下降。在低相容剂添加量条件下(1%),FH118和FH56能够表现出优异的效果。FH118和FH56能够替代国外高端相容剂产品。     

大分子相容剂在PP/水镁石粉中的应用

研究了大分子相容剂对聚丙烯(PP)/水镁石粉阻燃复合材料的力学性能、燃烧性能及流变性能的影响.结果表明:马来酸酐接枝聚烯烃弹性体(POE-g-MAH)和马来酸酐接枝乙酸乙烯共聚物(EVA-g-MAH)复合相容剂较单一相容剂对阻燃复合材料有更好的改性效果,当复合相容剂添加量为10.0份时,复合材料的界面相容性和超细水镁石粉在体系中的分散性得到明显改善,复合材料断裂伸长率、冲击强度较未添加相容剂的分别提高了45%和59%,氧指数达到28%,另外复合相容剂的加入能改善复合材料的加工流动性,并且随着其添加量的增多,熔体流动速率先增大后减小.     

PP/核桃壳粉复合材料的制备与性能研究

以核桃壳粉(WSP)为填料,采用熔融共混法制备了聚丙烯(PP)/WSP复合材料。研究了聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)界面相容剂、三元乙丙橡胶(EPDM)弹性体等对PP/WSP复合材料力学性能和热稳定性的影响。结果表明:PP-g-MAH界面相容剂能够改善WSP与PP的界面相容性,增强界面黏结强度,提高复合材料的力学性能,添加7%的PP-g-MAH可以使WSP用量为50%的PP/WSP复合材料的拉伸强度提高49.5%,弯曲强度提高52.9%;而添加EPDM弹性体的PP/WSP复合材料的韧性显著改善。WSP对聚合物基体的热稳定性有一定促进作用。     

相容剂对聚丙烯/木粉复合材料的影响

利用相容剂对聚丙烯(PP)/木粉进行改性研究,结果表明,加入相容剂后,PP和木粉的界面相容性得到改善,颗粒引起的应力集中和产生缺陷的几率大大降低,复合材料的弯曲强度、拉伸强度、断裂伸长率、硬度、维卡软化温度、加工流动性能和冲击强度均有不同程度的提高。综合复合材料的物理性能,相容剂用量在10份左右最佳。     

POE-g-MAH在PP基木塑复合材料中的应用

研究了相容剂POE-g-MAH、PP-g-MAH和EPDM-g-MAH对PP基木塑复合材料的影响,着重研究了POE-gMAH用量对复合材料力学性能和加工流变性能的影响,观察了木靼复合材料的断面形貌.结果表明,三种相容剂中POE-g-MAH的改性效果最好,当POE-g-MAH用量为10份时,复合材料的拉伸强度比未加相容剂的提高18.5%,冲击强度提高117.1%,加工流变性得到很大的提高;其合适的用量范围在7～10份.复合材料冲击断面的SEM照片证实POE-g-MAH改善了沉淀白炭黑、稻糠与PP树脂的相容性.     

纳米云母改性聚丙烯复合材料的制备及性能研究

以聚丙烯(PP)为基体及纳米云母为改性剂,用混炼法制备纳米云母/聚丙烯复合材料。对未改性的纳米云母、烷基改性的纳米云母及甲基丙烯改性的纳米云母与聚丙烯的复合材料的力学性能和热性能进行比较分析。结果表明,经傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析,证实纳米云母已成功改性,由扫描电子显微镜(SEM)分析,云母粉末为纳米级,改性影响了聚丙烯和云母之间的结合性,与未改性的云母相比,改性云母的各项性能较好。通过X射线衍射(XRD)分析,纳米云母不会影响聚丙烯的结晶行为和收缩关系。在力学性能方面,纳米云母(1 phr)虽然可以增加拉伸强度,但随着纳米云母的添加增加至7phr,复合材料变硬变脆而下降,拉伸强度略微下降,冲击强度显著下降,而拉伸模量和表面硬度都提高10%以上,表明改性后的纳米云母与聚丙烯融合性更强。在热性能方面,在7 phr纳米云母添加量下,其维卡软化温度提高约10%,表明添加烷基改性比甲基丙烯改性云母的复合材料稳定性更好;随着云母添加量增加,耐热性提升效果明显,但因改性剂会先裂解,导致改性的纳米云母降低了纳米复合材料的耐热性。     

PP/MM复合材料的抗老化性能

将3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基丙酸(AO)插层改性绢云母与聚丙烯(PP)共混挤出注塑制得PP/改性绢云母复合材料,通过老化试验箱进行人工老化实验,然后对不同老化时间材料力学性能、微观形貌及结晶性能进行表征,来研究不同含量AO对复合材料抗热氧老化过程中材料性能的影响。研究表明,AO的加入显著提升了材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度,特别是在老化35 d后,试样弯曲强度不降反升,由25.1 MPa提高至34.0 MPa,同时改性绢云母的加入使复合材料的球晶完善度增加。     

马来酸酐/1-十烯共聚物在聚丙烯木塑复合材料中的应用

采用红外光谱、核磁共振氢谱和凝胶渗透色谱表征了自行合成的马来酸酐(MAH)/1-十烯共聚物,探讨了该共聚物作为相容剂在聚丙烯(PP)基木塑复合材料中的应用。结果表明:MAH/1-十烯共聚物可改善木粉在PP中的分散性和相容性,提高PP与木粉间的界面黏合力,进而改善复合材料的力学性能;当相容剂用量为5份时,复合材料的拉伸强度提高了59.3%,弯曲强度提高了44.6%,冲击强度提高了82.6%。