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nano-CaCO3/PP/EVA复合材料的制备、性能与结构研究

2020-12-11阅读(411)

nano-CaCO3/PP/EVA复合材料的制备、性能与结构研究

论文摘要

对聚丙烯（PP）进行物理共混改性是实现聚丙烯高性能化的重要途径之一。针对弹性体与PP共混增韧易造成刚性大幅度下降,以及PP与无机刚性粒子复合材料增韧效果差等问题,本文同时采用纳米碳酸钙（nano-CaCO3）和乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）对PP进行增韧增强改性研究。本文首先以PP/EVA质量比为80/20为聚合物基体,而PP与nano-CaCO3用量的质量配比分别为100：1,100：3,100：5,100：7作为复合材料配方,采用双螺杆挤出机,分别用工艺1和工艺2进行熔融共混,制备了A和B系列的nano-CaCO3/PP/EVA复合材料,使得nano-CaCO3和EVA在A系列复合材料中形成以分离结构为主微观结构形态,在B系列复合材料中形成以包覆结构和分离结构共存的微观结构形态。通过对复合材料进行缺口冲击强度的测试、拉伸性能及杨氏模量的测试,以及热性能表征,结果表明：nano-CaCO3用量1份时,A1和B1的室温冲击强度达到了最大值,分别为6.9KJ/m2和7.5KJ/m2,均比PP（冲击强度值为3.5KJ/m2）和PP/EVA （冲击强度值为5.7 KJ/m2）有显著的提高；nano-CaCO3用量3份时,A2和B2的屈服强度分别为27.0MPa和27.5MPa,明显高于PP/EVA （屈服强度值为23.7MPa）。A和B系列复合材料的刚性及耐热性能较PP/EVA也有明显的改善,并且都随nano-CaCO3用量的增加而呈上升趋势。B系列复合材料的综合性能优于A系列复合材料。偏光显微结构观察揭示了EVA对PP晶粒的细化作用不明显,而nano-CaCO3对基体PP有明显的异相成核作用,并且随其用量的增加,PP球晶尺寸趋于减小；B系列复合材料中PP的球晶尺寸均大于A系列复合材料。DSC图谱分析表明：随nano-CaCO3用量的增加,A和B系列复合材料中PP的熔融温度、结晶温度和结晶度均有提高；而B系列复合材料中PP的结晶度低于A系列复合材料,这可能是由于前者含有较多的包覆结构所致。DSC熔融和结晶过程图谱及WXRD分析表明,nano-CaCO3/PP/EVA复合材料中新晶相为PP典型β晶,一份nano-CaCO3的加入,具有明显的诱导p晶型成核的作用,极大地促进了p晶的生长。复合材料微观形态SEM观察表明：nano-CaCO3含量少时在基体中分布比较均匀；A系列复合材料具有以分离结构为主的微观结构形态,而B系列复合材料具有包覆结构和分离结构共存的微观结构形态。比较A和B系列复合材料的性能与结构可以发现：β晶型形成对nano-CaCO3/PP/EVA复合材料的韧性的提高是有贡献的。本文在确定nano-CaCO3的最佳用量为1份的基础上,还考察了EVA含量对nano-CaCO3/PP/EVA复合材料力学性能与显微结构的影响。结果表明,EVA含量的适当减少,可以提高复合材料的强度,韧性的损失较少；nano-CaCO3和EVA具有协同细化PP球晶作用,对复合材料韧性的提高是有利的。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 聚丙烯的结构与性能
  • 1.2 聚丙烯的增韧方法
  • 1.3 PP增韧改性的研究进展
  • 1.3.1 橡胶或弹性体共混增韧PP
  • 1.3.2 塑料树脂共混增韧PP
  • 1.3.3 无机刚性粒子增韧PP
  • 1.3.4 纳米粒子增韧PP
  • 1.3.5 刚性粒子协同弹性体增韧PP
  • 1.4 聚丙烯的共混增韧机理
  • 1.4.1 橡胶或弹性体共混增韧PP机理
  • 1.4.2 塑料树脂共混增韧PP机理
  • 1.4.3 无机刚性粒子及纳米粒子增韧PP机理
  • 1.4.4 弹性体及无机纳米粒子协同增韧PP机理
  • 1.5 本课题研究的目的、意义及主要内容
  • 1.5.1 课题研究的主要目的、意义
  • 1.5.2 课题研究的主要内容
  • 2 实验原料与测试方法
  • 2.1 实验原料
  • 2.2 制备工艺及配方设计
  • 2.2.1 工艺1及其配方
  • 2.2.2 工艺2及其配方
  • 2.3 实验样品的制备
  • 2.3.1 原料的称取与干燥
  • 2.3.2 两种加工工艺母料的制备
  • 2.3.3 PP/EVA共混体系的制备
  • 3/PP/EVA复合材料的制备'>2.3.4 nano-CaCO3/PP/EVA复合材料的制备
  • 2.3.5 冲击缺口试样的制备
  • 2.4 性能测试
  • 2.4.1 冲击性能测试
  • 2.4.2 拉伸性能测试
  • 2.4.3 偏光显微镜观察球晶（POM）
  • 2.4.4 样品的差示扫描量热（DSC）测定
  • 2.4.5 维卡软化点测试
  • 2.4.6 X射线衍射（XRD）
  • 2.4.7 扫描电子显微镜（SEM）观察
  • 3/PP/EVA复合材料的性能与结构'>3 工艺1 nano-CaCO3/PP/EVA复合材料的性能与结构
  • 3用量对冲击性能的影响'>3.1 nano-CaCO3用量对冲击性能的影响
  • 3用量对室温冲击性能的影响'>3.1.1 nano-CaCO3用量对室温冲击性能的影响
  • 3用量对低温冲击性能的影响'>3.1.2 nano-CaCO3用量对低温冲击性能的影响
  • 3用量对拉伸性能的影响'>3.2 nano-CaCO3用量对拉伸性能的影响
  • 3用量对热性能的影响'>3.3 nano-CaCO3用量对热性能的影响
  • 3.4 球晶形貌观察（POM）
  • 3.5 熔融与结晶过程DSC分析
  • 3.6 复合材料显微结构SEM分析
  • 3.7 本章小结
  • 3/PP/EVA复合材料性能与结构的研究'>4 工艺2 nano-CaCO3/PP/EVA复合材料性能与结构的研究
  • 3用量对冲击性能的影响'>4.1 nano-CaCO3用量对冲击性能的影响
  • 3用量对室温冲击性能的影响'>4.1.1 nano-CaCO3用量对室温冲击性能的影响
  • 3用量对低温冲击性能的影响'>4.1.2 nano-CaCO3用量对低温冲击性能的影响
  • 3用量对拉伸性能的影响'>4.2 纳米CaCO3用量对拉伸性能的影响
  • 3用量对维卡软化温度的影响'>4.3 nano-CaCO3用量对维卡软化温度的影响
  • 4.4 球晶形貌观察（POM）
  • 4.5 熔融与结晶过程DSC分析
  • 4.6 复合材料显微结构SEM分析
  • 4.7 本章小结
  • 5 制备工艺对复合材料性能与结构的影响
  • 5.1 制备工艺对复合材料力学性能的影响
  • 5.2 制备工艺对复合材料球晶形态的影响
  • 5.3 制备工艺对复合材料熔融结晶的影响
  • 5.4 广角X衍射（WXRD）分析
  • 3分布的影响'>5.5 制备工艺对复合材料中nano-CaCO3分布的影响
  • 5.6 本章小结
  • 3/PP/EVA复合材料性能与结构的影响'>6 EVA含量对nano-CaCO3/PP/EVA复合材料性能与结构的影响
  • 6.1 EVA含量对复合材料力学性能的影响
  • 6.2 不同EVA含量的复合材料球晶形貌
  • 6.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况
  • 致谢

    • 相关论文文献

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