超声辐照作用下PP/POE/SiO2复合材料结构与性能研究

论文摘要

本论文采用聚烯烃弹性体（POE）增韧聚丙烯（PP），用偶联剂（单一处理与复合处理）对纳米SiO2进行表面处理以及在经过预处理的纳米SiO2表面通过乳液聚合接枝上丙烯酸乙酯制成纳米SiO2／PEA复合粒子，并加入增容剂PP-g-MA，在超声辐照作用下制备了PP／POE、PP／POE／SiO2、PP／POE／PP-g-MA／SiO2共混复合体系，研究了在上述不同条件下制备的聚丙烯复合体系的力学性能、结晶性能、弹性体粒子和纳米SiO2粒子在复合体系中的分散状况以及超声辐照作用下PP／POE共混体系的挤出流变行为，用FTIR和XPS讨论了纳米SiO2／PEA复合粒子中丙烯酸乙酯在纳米SiO2表面的接枝反应。对超声辐照作用下PP／POE共混体系的研究结果表明，PP／POE共混物熔体的表观粘度和口模压力随超声功率的增大而降低。超声辐照能减小分散相POE粒子的尺寸，使分散更均匀，提高与PP的相容性。适宜功率的超声辐照对POE增韧PP能起到协同增韧的效果，而这种效果在脆韧转变前表现更加明显。POE的加入和超声辐照均阻碍了PP的结晶，POE的加入对PPβ晶的生成有一定的诱导作用。对不同表面处理的纳米SiO2填充体系的研究结果表明，适当的超声功率辐照可以提高复合体系的冲击强度，断裂伸长率。添加增容剂PP-g-MA后，复合体系的冲击强度、屈服强度均得到提高，但断裂伸长率降低。纳米SiO2能提高PP／POE／SiO2复合材料的结晶温度，添加增容剂后，结晶温度得到进一步提高。由偶联剂复合处理的纳米SiO2填充的PP／POE／SiO2三元体系，其DSC曲线出现β晶峰，随增容剂的加入，β晶峰消失。纳米SiO2的加入使PP球晶尺寸变小、晶粒细化，超声辐照、增容剂的加入使得球晶尺寸进一步变小、晶粒进一步细化。通过乳液聚合可以成功地将EA接枝到预处理的纳米SiO2表面上，制成纳米SiO2／PEA复合粒子，由其填充的PP／POE／SiO2复合体系，在纳米SiO2含量4wt％时，冲击强度达到最大值，而此时其DSC曲线上的β晶峰的强度最强。这种处理的纳米SiO2在PP／POE／SiO2复合体系中的分散尺寸，分布均匀程度都好于偶联剂处理的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 引言
• 1.2 聚丙烯的改性途径
• 1.2.1 共混改性
• 1.2.2 填充改性
• 1.2.3 增强改性
• 1.2.4 纳米复合材料改性PP
• 1.2.5 成核剂增韧PP
• 1.2.6 多元复合体系协同改性PP
• 1.3 增韧机理研究
• 1.3.1 橡胶增韧机理
• 1.3.2 刚性粒子增韧机理
• 1.3.2.1 有机刚性粒子增韧
• 1.3.2.2 无机刚性粒子增韧
• 1.3.3 弹性体和无机纳米粒子协同增韧PP
• 1.4 超声技术及其在高分子加工中的应用
• 1.4.1 超声技术简介
• 1.4.2 超声技术在高分子加工中的应用
• 1.5 聚丙烯纳米改性的研究进展
• 1.6 本论文的构思和主要内容
• 2 超声辐照作用下PP/POE共混体系结构与性能研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要原材料
• 2.1.2 样品制备
• 2.1.3 超声辐照-挤出加工装置
• 2.1.4 测试与表征
• 2.1.4.1 超声挤出流变性能
• 2.1.4.2 力学性能测试
• 2.1.4.3 DSC热分析
• 2.1.4.4 断面形貌分析
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 超声辐照对挤出流变行为的影响
• 2.2.2 超声辐照对PP/POE共混体系力学性能的影响
• 2.2.3 超声辐照对PP/POE共混体系结晶性能的影响
• 2.2.4 断面形貌分析
• 2.3 小结
• 2复合体系结构与性能研究'>3 超声辐照作用下PP/POE/SiO₂复合体系结构与性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要原材料和试剂
• 3.1.2 二氧化硅的表面处理
• 3.1.3 样品制备
• 3.1.4 超声挤出装置
• 3.1.5 测试与表征
• 3.1.5.1 力学性能测试
• 3.1.5.2 DSC热分析
• 3.1.5.3 XRD分析
• 3.1.5.4 偏光显微镜观察
• 3.1.5.5 TEM观察
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 纳米二氧化硅粒子
• 3.2.2 超声辐照作用下复合体系的力学性能
• 3.2.3 超声辐照作用下复合体系的结晶性能
• 3.2.3.1 复合体系的DSC分析
• 3.2.3.2 复合体系的XRD分析
• 3.2.3.3 复合体系的PLM分析
• 3.2.4 TEM观察
• 3.3 小结
• 2/PEA复合粒子的制备与应用'>4 纳米SiO₂/PEA复合粒子的制备与应用
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 主要原材料和试剂
• 4.1.2 二氧化硅的表面处理
• 2粒子与MAPS和EA反应'>4.1.2.1 纳米SiO₂粒子与MAPS和EA反应
• 2粒子表面预处理'>4.1.2.2 纳米SiO₂粒子表面预处理
• 4.1.2.3 乳液聚合
• 4.1.3 复合材料样品制备
• 4.1.4 测试与表征
• 4.1.4.1 红外光谱（FTIR）分析
• 4.1.4.2 X-射线光电子能谱（XPS）
• 4.1.4.3 力学性能测试
• 4.1.4.4 DSC热分析
• 4.1.4.5 XRD分析
• 4.1.4.6 偏光显微镜观察
• 2分散状况观察'>4.1.4.7 SiO₂分散状况观察
• 4.2 结果与讨论
• 2粒子接枝反应的表征'>4.2.1 纳米SiO₂粒子接枝反应的表征
• 4.2.1.1 红外光谱分析
• 4.2.1.2 X-射线光电子能谱
• 4.2.2 力学性能
• 4.2.3 复合材料DSC热分析
• 4.2.4 XRD分析
• 4.2.5 PLM观察
• 4.2.6 TEM观察
• 4.3 小结
• 5 结论
• 6 参考文献
• 致谢
• 附录