微—纳米SiC/聚丙烯复合材料的制备与表征研究

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聚丙烯(PP)与其他热塑性塑料相比,具有良好的加工性、较高的屈服强度和低成本等特点,在汽车配件、日用电器等方面有广泛应用。但是,纯的PP材料模量低、热稳定性差,在工程塑料中应用受到限制,因此,需要对PP材料进行增强增韧改性。橡胶弹性体改性PP材料能提高韧性但降低了PP材料的刚性、尺寸稳定性和耐热性。非功能性无机刚性粒子改性虽能增强增韧PP,但不能赋予PP材料功能性。论文以PP材料的“结构-功能”一体化为目标,选用半导体性能的SiC粒子为改性剂,在实现SiC粒子增强增韧PP的同时,赋予PP材料抗静电等功能特性。论文采用硅烷、钛酸酯等偶联剂对微米、微-纳米组合SiC粒子进行表面改性,制得填充PP用SiC粒子;表面改性处理过的SiC粒子与PP经混合、挤出、注射成型等工序制备SiC/PP复合材料;按国标对SiC/PP标准试样进行力学、热学和抗静电性能检测。系统研究了偶联剂的用量、偶联剂的种类以及SiC粒子的种类与用量(ΦSiC:0~50%)对SiC/PP体系性能的影响,得到如下主要结果:(1)改性微-纳米SiC/PP复合材料SiC/PP复合材料的弯曲强度、弯曲模量、弹性模量和冲击强度随ΦSiC的增加呈现先增加后降低的趋势,而拉伸强度随ΦSiC增加呈下降趋势。当ΦSiC在30%~40%时,改性微-纳米SiC/PP复合材料的弯曲强度、弯曲模量和弹性模量分别比纯PP基体提高40%、141%、142%,比改性微米SiC/PP复合材料分别提高5%、5%、15%。ΦSiC为10%时,改性微-纳米SiC/PP复合材料的冲击强度比纯PP基体提高9%,比改性微米SiC/PP提高15%。(2)改性微-纳米SiC/PP复合材料的热变形温度随着ΦSiC增加而提高。当ΦSiC为40%时,改性微-纳米SiC/PP的热变形温度比纯PP基体提高22%,比改性微米SiC/PP提高4%。通过DSC的分析结果发现,改性微-纳米SiC粒子对PP的结晶成核有促进作用,提高了PP的结晶温度和结晶速率,而且改性微-纳米SiC/PP的结晶温度比改性微米SiC/PP提高4℃。(3)改性微-纳米SiC/PP复合材料的表面电阻率和体积电阻率随着ΦSiC增加而降低。当ΦSiC为40%时,改性微-纳米SiC/PP复合材料的表面电阻率由纯PP基体的2.5×1015Ω降低到2.0×1012Ω,体积电阻率由纯PP基体的7.4×1015Ω·m降低到4.5×1012Ω·m,具有一定的抗静电作用。(4)SiC/PP复合材料的冲击断口和拉伸断口形貌分析表明,经表面改性处理微-纳米SiC粒子在PP基体中分散均匀且与PP界面结合良好,具有明显的增韧增强效果。(5)通过以上结果分析表明,经硅烷/钛酸酯表面改性处理微-纳米SiC/PP复合材料的综合性能在ΦSiC为30%~40%时性能优越,在提高PP材料力学性能和热学性能的同时,赋予PP材料抗静电的功能。
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