超细凹土对PPR挤出过程和力学性能影响的研究
目 录
1 绪论 1
1.1 聚丙烯材料的性能 1
1.2 聚丙烯改性的方法 2
1.2.1 聚丙烯的化学改性 2
1.2.1.1 共聚改性 2
1.2.1.2 接枝改性 2
1.2.1.3 交联改性 2
1.2.2 聚丙烯的物理改性 2
1.3 聚丙烯成核剂改性 4
1.3.1 成核剂改性的作用机理 4
1.3.1.1 异相成核机理 4
1.3.1.2 附生结晶理论 4
1.3.2 成核剂的种类 4
1.3.2.1 α晶型成核剂 5
1.3.2.2 β晶型成核剂 6
1.3.3 无机纳米成核剂改性聚丙烯研究进展 6
1.4 凹凸棒粘土改性聚丙烯 7
1.4.1 凹凸棒粘土性能 8
1.4.1.1 凹土的流变性 8
1.4.1.2 凹土的吸附性 8
1.4.1.3 凹土的耐热性 8
1.4.1.4 凹土的增韧补强性 8
1.4.2 凹凸棒粘土改性聚丙烯研究现状 9
1.4.2.1 用作填料 9
1.4.2.2 用作纳米复合材料 9
1.5 本论文的研究思路 9
1.6 研究方案 9
1.6.1 PP-R/Nano-AT复合材料的制备 9
1.6.2 PP-R/Nano-AT复合材料性能测试 10
1.7 本论文主要研究内容 10
2 实验部分 11
2.1 原料及仪器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
11
2.2 实验过程 11
2.2.1 熔融挤出工艺探索 11
2.2.2 注塑成型工艺探究 12
2.2.3 PP-R/Nano-AT复合材料的制备 12
2.3 PP-R/Nano-AT复合材料性能测试 12
2.3.1 扫描电子显微镜观察 12
2.3.2 X射线衍射（XRD）分析 13
2.3.3 拉伸性能测试 13
2.3.4 维卡耐热测试 13
2.4 结果与讨论 13
2.4.1 最佳工艺条件 13
2.4.1.1 预分散工艺条件 13
2.4.1.2 熔融挤出最佳工艺条件 13
2.4.1.3 注塑成型最佳工艺条件 15
2.4.2 性能测试 17
2.4.2.1 扫描电镜（SEM）分析 17
2.4.2.2 X射线衍射（XRD）分析 19
2.4.2.3 加工流动性能分析 19
2.4.3 本章结论 20
3 PP-R/Nano-AT复合材料力学性能的研究 21
3.1 引言 21
3.2 实验部分 21
3.2.1 原料及仪器 21
3.2.2 拉伸性能测试 21
3.2.3 弯曲性能测试 22
3.3 试验结果与讨论 22
3.3.1 拉伸性能分析 22
3.3.1.1 Nano-AT 含量对PP-R/Nano-AT 复合材料拉伸性能的影响 25
3.3.2 弯曲性能分析 26
3.3.2.1 PPR/Nano-AT 复合材料力-位移曲线分析 26
3.3.2.2 Nano-AT 含量对PP-R/Nano-AT复合材料弯曲性能的影响 26
3.4 本章结论 28
总 结 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
1 绪论
在五大通用工程塑料中，聚丙烯发展历史虽然很短，但却是发展速度最快、产量最大、牌号最多、用途最广的一种[1]。同时聚丙烯也是目前需求增长最快的聚合物之一。聚丙烯塑料真正发展于20世纪60年代，但由于其原料来源丰富、价格便宜、易于加工成型及优异的综合性能（包括相对密度小；屈服强度、拉伸强度、压缩强度、表面硬度及弹性模量均较高；电绝缘性良好；耐应力开裂性及耐化学药品侵蚀性能较佳；其制品无毒无味、光泽性好），因此用途非常广泛，已成为通用树脂中发展最快的品种。
但聚丙烯有一些比较突出的缺点，其在很大程度上限制了它的进一步推广与应用：首先，聚丙烯分子链的柔性较差，晶粒大，体现在加工性能上为注塑成型时样条的收缩率较大；其次，分子链中叔碳上有不稳定的氢键存在，容易在外界作用下发生反应，因此低温易脆裂、耐光照及抗老化性较差；再次，它是一种典型的半结晶型高聚物，在低应变速率或者常温下条件下，无定形区链段的可运动性使得聚丙烯具有较好的韧性，但在高应变速率或者低温条件下时吸收的冲击能量不能及时、有效地传递、释放，使得聚丙烯的缺口冲击强度下降[2]。所以，以增韧、增强为目的的聚丙烯改性与功能化，一直是高分子物理改性研究的热点。
通过在聚丙烯加工过程中添加成核剂，能提高温度、增加晶核数量、细化球晶甚至可以改变晶型，进而可以改善其表面光泽度、刚性及抗冲击强度，提高热变形温度、缩短材料的成型周期。成核剂在通用塑料工程化、高性能化方面发挥着越来越重要的作用，利用成核剂对聚丙烯进行结晶改性已经成为当前聚丙烯改性的一个重要方面[3]。
本文采用了熔触共混法制备聚丙烯/聚乙烯复合材料。研究了混合时间、混合温度、螺杆转速等工艺条件对PP-R复合材料结构和最终性能的影响，并分析了改性后PP-R的力学性能。
1.1 聚丙烯材料的性能
作为一种通用热塑性塑料，聚丙烯的来源丰富、价格低廉，和其他的通用塑料相比，聚丙烯综合力学性能较好，因此，它的使用范围也越来越广泛，同时，聚丙烯的一些不足之处限制了它的使用:
（1）分子链节上的侧甲基降低了分子链的柔韧性，球晶颗粒比较大，使其催化温度高，耐冲击性能相对较差。
（2）分子链中叔碳上有不稳定的氢键存在，容易在外界作用下发生反应，因此低温易脆裂、耐光照及抗老化性较差。
（3）作为一种典型的半结晶型高聚物，在低应变速率或者常温下条件下，无定形区链段的可运动性使得聚丙烯具有较好的韧性，但在高应变速率或者低温条件下时吸收的冲击能量不能及时、有效地传递、释放，使得聚丙烯的缺口冲击强度下降。
因此，国内外对PP-R进行了大量的改性研究，而改性的方法大致有：物理改性、化学改性、成核剂改性。
1.2 聚丙烯改性的方法
1.2.1 聚丙烯的化学改性
聚丙烯的化学改性主要是接枝、共聚、交联等，其原理是通过改变聚丙烯的分子结构以达到改性的目的，以此赋予聚丙烯良好的抗老化性能、耐热性及抗冲击性能等，主要的化学改性方法有共聚改性、交联改性、接枝改性、降解改性等。
凹土的耐热性主要在于其具有较低热传导系数的多孔和中空结构。而凹凸棒石晶体含有多重水（吸附水、沸石水、结合水、结构水），在100°C-920°C温度范围内依次脱去吸附水、沸石水、结合水和结构水，脱去的水又可起到降温和阻燃作用[30]。
1 绪论 1
1.1 聚丙烯材料的性能 1
1.2 聚丙烯改性的方法 2
1.2.1 聚丙烯的化学改性 2
1.2.1.1 共聚改性 2
1.2.1.2 接枝改性 2
1.2.1.3 交联改性 2
1.2.2 聚丙烯的物理改性 2
1.3 聚丙烯成核剂改性 4
1.3.1 成核剂改性的作用机理 4
1.3.1.1 异相成核机理 4
1.3.1.2 附生结晶理论 4
1.3.2 成核剂的种类 4
1.3.2.1 α晶型成核剂 5
1.3.2.2 β晶型成核剂 6
1.3.3 无机纳米成核剂改性聚丙烯研究进展 6
1.4 凹凸棒粘土改性聚丙烯 7
1.4.1 凹凸棒粘土性能 8
1.4.1.1 凹土的流变性 8
1.4.1.2 凹土的吸附性 8
1.4.1.3 凹土的耐热性 8
1.4.1.4 凹土的增韧补强性 8
1.4.2 凹凸棒粘土改性聚丙烯研究现状 9
1.4.2.1 用作填料 9
1.4.2.2 用作纳米复合材料 9
1.5 本论文的研究思路 9
1.6 研究方案 9
1.6.1 PP-R/Nano-AT复合材料的制备 9
1.6.2 PP-R/Nano-AT复合材料性能测试 10
1.7 本论文主要研究内容 10
2 实验部分 11
2.1 原料及仪器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
11
2.2 实验过程 11
2.2.1 熔融挤出工艺探索 11
2.2.2 注塑成型工艺探究 12
2.2.3 PP-R/Nano-AT复合材料的制备 12
2.3 PP-R/Nano-AT复合材料性能测试 12
2.3.1 扫描电子显微镜观察 12
2.3.2 X射线衍射（XRD）分析 13
2.3.3 拉伸性能测试 13
2.3.4 维卡耐热测试 13
2.4 结果与讨论 13
2.4.1 最佳工艺条件 13
2.4.1.1 预分散工艺条件 13
2.4.1.2 熔融挤出最佳工艺条件 13
2.4.1.3 注塑成型最佳工艺条件 15
2.4.2 性能测试 17
2.4.2.1 扫描电镜（SEM）分析 17
2.4.2.2 X射线衍射（XRD）分析 19
2.4.2.3 加工流动性能分析 19
2.4.3 本章结论 20
3 PP-R/Nano-AT复合材料力学性能的研究 21
3.1 引言 21
3.2 实验部分 21
3.2.1 原料及仪器 21
3.2.2 拉伸性能测试 21
3.2.3 弯曲性能测试 22
3.3 试验结果与讨论 22
3.3.1 拉伸性能分析 22
3.3.1.1 Nano-AT 含量对PP-R/Nano-AT 复合材料拉伸性能的影响 25
3.3.2 弯曲性能分析 26
3.3.2.1 PPR/Nano-AT 复合材料力-位移曲线分析 26
3.3.2.2 Nano-AT 含量对PP-R/Nano-AT复合材料弯曲性能的影响 26
3.4 本章结论 28
总 结 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
1 绪论
在五大通用工程塑料中，聚丙烯发展历史虽然很短，但却是发展速度最快、产量最大、牌号最多、用途最广的一种[1]。同时聚丙烯也是目前需求增长最快的聚合物之一。聚丙烯塑料真正发展于20世纪60年代，但由于其原料来源丰富、价格便宜、易于加工成型及优异的综合性能（包括相对密度小；屈服强度、拉伸强度、压缩强度、表面硬度及弹性模量均较高；电绝缘性良好；耐应力开裂性及耐化学药品侵蚀性能较佳；其制品无毒无味、光泽性好），因此用途非常广泛，已成为通用树脂中发展最快的品种。
但聚丙烯有一些比较突出的缺点，其在很大程度上限制了它的进一步推广与应用：首先，聚丙烯分子链的柔性较差，晶粒大，体现在加工性能上为注塑成型时样条的收缩率较大；其次，分子链中叔碳上有不稳定的氢键存在，容易在外界作用下发生反应，因此低温易脆裂、耐光照及抗老化性较差；再次，它是一种典型的半结晶型高聚物，在低应变速率或者常温下条件下，无定形区链段的可运动性使得聚丙烯具有较好的韧性，但在高应变速率或者低温条件下时吸收的冲击能量不能及时、有效地传递、释放，使得聚丙烯的缺口冲击强度下降[2]。所以，以增韧、增强为目的的聚丙烯改性与功能化，一直是高分子物理改性研究的热点。
通过在聚丙烯加工过程中添加成核剂，能提高温度、增加晶核数量、细化球晶甚至可以改变晶型，进而可以改善其表面光泽度、刚性及抗冲击强度，提高热变形温度、缩短材料的成型周期。成核剂在通用塑料工程化、高性能化方面发挥着越来越重要的作用，利用成核剂对聚丙烯进行结晶改性已经成为当前聚丙烯改性的一个重要方面[3]。
本文采用了熔触共混法制备聚丙烯/聚乙烯复合材料。研究了混合时间、混合温度、螺杆转速等工艺条件对PP-R复合材料结构和最终性能的影响，并分析了改性后PP-R的力学性能。
1.1 聚丙烯材料的性能
作为一种通用热塑性塑料，聚丙烯的来源丰富、价格低廉，和其他的通用塑料相比，聚丙烯综合力学性能较好，因此，它的使用范围也越来越广泛，同时，聚丙烯的一些不足之处限制了它的使用:
（1）分子链节上的侧甲基降低了分子链的柔韧性，球晶颗粒比较大，使其催化温度高，耐冲击性能相对较差。
（2）分子链中叔碳上有不稳定的氢键存在，容易在外界作用下发生反应，因此低温易脆裂、耐光照及抗老化性较差。
（3）作为一种典型的半结晶型高聚物，在低应变速率或者常温下条件下，无定形区链段的可运动性使得聚丙烯具有较好的韧性，但在高应变速率或者低温条件下时吸收的冲击能量不能及时、有效地传递、释放，使得聚丙烯的缺口冲击强度下降。
因此，国内外对PP-R进行了大量的改性研究，而改性的方法大致有：物理改性、化学改性、成核剂改性。
1.2 聚丙烯改性的方法
1.2.1 聚丙烯的化学改性
聚丙烯的化学改性主要是接枝、共聚、交联等，其原理是通过改变聚丙烯的分子结构以达到改性的目的，以此赋予聚丙烯良好的抗老化性能、耐热性及抗冲击性能等，主要的化学改性方法有共聚改性、交联改性、接枝改性、降解改性等。
凹土的耐热性主要在于其具有较低热传导系数的多孔和中空结构。而凹凸棒石晶体含有多重水（吸附水、沸石水、结合水、结构水），在100°C-920°C温度范围内依次脱去吸附水、沸石水、结合水和结构水，脱去的水又可起到降温和阻燃作用[30]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/812.html
