PP复合材料的力学性能的研究.doc

PP复合材料的力学性能的研究 摘要：PP/CaCO3复合材料,PP/ LCP 复合材料,ＰＰ木塑复合材料对力学性能进行分析。 关键词: PP/CaCO3复合材料,PP/ LCP 复合材料,ＰＰ木塑复合材料,力学性能。 前言 聚丙烯（PP）是由丙烯聚合而得到的高分子化合物。由于其原料丰富，合成工艺比较简单，与其他通用热塑性塑料相比，PP 具有相对密度小、价格低、加工性好以及综合性能较好等特点，其屈服强度、拉伸强度、表面硬度及弹性模量均较优异，并有突出的耐应力开裂性和耐磨性，因而在汽车工业、家用电器、建筑行业等多方面得到广泛的应用。但 PP 也存在低温脆性、韧性差以及机械性能较低、成型收缩率大等缺点，因此在应用上作为结构材料使用时受到了很大限制。为了扩大 PP 的应用范围并降低成本，必须对 PP 进行一定的改性。 PP/CaCO3复合材料 试样制备 （1）将微米 CaCO3和纳米 CaCO3分别放入干燥箱中烘干。 （2）使用适量的钛酸酯偶联剂对CaCO3进行表面处理，并分别将表面处理前和表面处理后的 CaCO3与 PP按照一定的质量配比在高速混合机中混合，得到CaCO3与 PP 的初步混合物。 （3）将 CaCO3与 PP 的初步混合物，放在双螺杆挤出机上塑化挤出，挤出物经过水槽冷却后，再经过风干装置初步吹干，最后通过切粒机切断造粒。 （4）将制得的 PP 复合材料粒料烘干后，用注塑机注射出标准拉伸和冲击试样。 CaCO3含量对 PP/CaCO3复合材料力学性能的影响从图 3 和图 4 中微米和纳米 CaCO3粒子填充 PP复合材料的力学性能可以看出，经表面处理的纳米 CaCO3与微米 CaCO3填充 PP 后，复合材料的力学性能趋势基本相同。复合材料的拉伸强度和冲击强度随着填充粒子含量的增加，先增大后减小。当用纳米 CaCO3填充时，最大值出现在 CaCO3含量为 6%处，拉伸强度比 PP 基体提高 22%，冲击强度比 PP 基体提高 90%；而用微米 CaCO3填充时，最大值出现在 CaCO3含量为4%处，但此时的拉伸强度和冲击强度比 PP 基体增加不大。从而可知，纳米 CaCO3的填充改性效果明显好于微米 CaCO3的填充改性效果，这说明纳米 CaCO3与PP 树脂具有一定程度的相容性，能起到增强增韧的效果，这一点与微米级的 CaCO3有明显的区别。从图 3 和图 4 中还可以看到，随着 CaCO3含量的增加，复合材料的拉伸强度和冲击强度增大，在峰值过后，复合材料的力学性能都在下降，但添加纳米 CaCO3复合材料的下降幅度比添加微米 CaCO3的大得多。这是由于当纳米 CaCO3含量较小的时候，纳米粒子在 PP中的分散效果比较好。此时，随着在基体中能良好分散开的 CaCO3粒子增加，体系中起到应力集中点的颗粒增加。而且纳米粒子的比表面积大，能引发更多的银纹吸收能量，因而材料的力学性能增高幅度大。但在纳米CaCO3添加量较多时，由于高的表面能的作用，纳米粒子难以在基体树脂中均匀分散，粒子间也容易发生团聚，从而造成复合材料的冲击强度和拉伸强度下降快的趋势。 PP/ LCP 复合材料 试样的制作方法 PP/ LCP 以重量百分比: 100/ 0, 80/ 20, 60/ 40,40/ 60, 20/ 80, 0/ 100 的比例用单螺杆挤出机( ( 株)东洋精机制作所制) 进行混合。混合条件: 出口温度230 ℃, 螺杆转速 150 rpm 。混合后, 使用注射成形机( 日本制钢( 株) 制, J75SS2) 制成 JIS1 号哑铃板状型试 验片 ( 如图 1: 平 行部 60mm ,宽 10mm ,厚2 mm) 。成形条件: 注射出口温度 200 ℃, 模具温度40 ℃, 射出速度 22 cm3/ s, 射出压力 56. 4 MP a, 冷却时间 20s。 抗拉特性及破坏特征 　　图 5 为各配比试样拉伸实验下的标称应力-应变曲线。在室温条件下, PP 为典型的延性材料, 在发生初期的屈服后产生缩颈并随着缩颈部的延伸应变也不断增大。而L CP则为典型的脆性材料, 虽然破坏强度较高( 97MP a) ,但应变仅仅在 2～3 %范围内便发生破断。这二种性能完全不同的材料复合后,从整体来看随着 LCP 量的增加试样的破坏强度上升, 而破断时的应变量则呈下降倾向。当L CP量大于 60 % 以后, 因复合材料的基体由 PP 转变为脆性的 LCP, PP 的存在使 LCP 的强度得不到充分的发挥。如: LCP= 60 %时, 复合材料的强度约为LCP的 50 %左右, LCP 达到 80 % 时, 其强度仅为LCP的 66 % 左右, 同时应变量也降到最小值,P P相的存在对材料的延性特性的改善不仅没有帮助, 反而成为软弱相