复合材料改性聚丙烯

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1、复合材料改性聚丙烯一.聚丙烯简介二.纳米复合材料的改性原理三.聚合物纳米SiO2复合材料介绍四.制做方法五.改性分析六.参考配方一.聚丙烯简介聚丙烯作为一种通用塑料，有许多优良性能，但因机械强度低、耐热性差、收缩形变大和抗蠕变性差等原因，使其在实际应用中受到限制，不能作为高性能工程塑料使用。因此，对聚丙烯进行改性，使其工程化是一个重要的研究课题。采用橡胶类弹性体共混及纤维、填料共混方式增强、增韧聚丙烯时，韧性和强度很难同时兼顾。采用橡胶增韧　聚丙烯的同时往往伴随聚丙烯刚度、模量和热性能的降低；而填充普通微米级填料或玻璃纤维增强聚

2、丙烯时，冲击韧性降低。纳米粒子为聚丙烯的改性提供了新途径。文献中大多报道的是以纳米ＳｉＯ2为填充材料，并加入偶联剂以减少纳米粒子的团聚和改善填料与基体界面的相容性，但由于小分子偶联剂的作用有限，改性效果受到一定程度的限制。二.纳米复合材料的改性原理纳米复合材料（有机／无机）是八十年代初弱发展起来的，它要求作为分散相材料的尺寸至少在一维方向在１００ｎｍ以内。纳米粒子对聚合物的增强增韧可看成是刚性粒子增韧方法的延续和发展，但纳米粒子所具有的特殊性质又使之于刚性粒子增韧方法有很大的不同。例如由于粒子于聚合物之间在纳米尺度上有一定的相容

3、性，因而纳米粒子在基体中的分散均匀程度可能成为影响复合材料性能的关键因素。纳米粒子的颗粒尺寸小、比表面积大，其表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，使聚合物／纳米复合材料具有很多独特的性能。纳米粒子在改善聚合物的强度、刚性、韧性的同时，由于尺寸小、透光率好，还可提高塑料的透光性、防水性、阻隔性、耐热性及抗老化性等。利用纳米材料对ＰＰ进行改性，主要有以下特点：①改性料用量少，改性效果显著。②无机粒子具有层状结构，与ＰＰ共混时具有多维增强作用。③有机物的嵌入使无机粒子的层间距扩大，在熔融共混过程中，部分ＰＰ链段也会扩散到片层中，

4、并与有机物形成界面，从而改善了ＰＰ与无机粒子问的界面粘结情况④超细的改性粒子在ＰＰ基体中能得到更有效的细化分散，使应力集中区域得到疏散。⑤由于聚合物分子进入层状无机纳米材料的片层之间，分子链段的运动受到限制，显著提高ＰＰ的耐热性和尺寸稳定性。纳米颗粒改性聚丙烯一个重要原因是纳米颗粒对聚丙烯的α晶相的结晶过程具有诱导效应，微粒越小，其诱导结晶效率越高。ＰＰ试样从熔体降温的过程中生成的结晶基本上是β晶相，球晶尺寸较大；纳米颗粒／聚丙烯复合材料的球晶却小得多，并伴随有β晶相的生成。纳米颗粒／聚丙烯复合材料力学性能规律性的增加相当一部分

5、来自β晶相的贡献，诱导生成的β晶相的含量随着纳米颗粒含量的增加而增加，但是由于纳米颗粒表面能高，极易团聚，因而当纳米粒子的含量较高时，会因为团聚而影响β晶相的生成。纳米颗粒改性聚丙烯一个重要原因是纳米颗粒复合材料受到冲击时会诱导基体发生剪切屈服形变，对于韧性断裂，冲击能耗散主要由基体屈服形变能和银纹化两部分组成，对于脆性材料，能量耗散的主要途径是粒子界面引起的空洞化银纹。纳米颗粒改性聚丙烯后的复合材料的断裂机制由耗散少的银纹化方式向耗能多的剪切屈服方式转变，从而改善聚丙烯的力学性能。三.聚合物纳米SiO2复合材料介绍１、纳米Si

6、O2结构纳米SiO2的分子状态呈三维链状结构（或称三维网状结构），表面存在不饱和的残键和不同键合状态的羟基，相邻颗粒表面上的ｓｉ一０Ｈ基团具有通过氢键与另一方相互反应的强烈倾向。颗粒内部为Ｓｉ－０一Ｓｉ键。２、纳米SiO2的性质（１）、基本性质：纳米SiO2外观为超细白色粉末，是一种尺寸小，比表面积大，无毒，无味，性质稳定的无机非金属材料。透射电镜下显示出絮状和网状的多孔结构。（２）、光学性质：纳米SiO2原生粒径只有几个纳米到十几个纳米，因此它所表现出来的小尺寸效应和表面界面效应使其与常规的粗颗粒材料不同，具有特殊的光学性能。

7、通过分光光谱对纳米做SiO2抽样测试表明：对波长２００—８００nm之间的紫外光短波段的反射率为７０％一８５％。（３）、化学性质:纳米SiO2的体积效应和量子隧道效应使其产生游渗作用，可深入到高分子化合物的ｎ键附近，与其电子云发生重叠，形成空间网状结构，从而大幅度提供了高分子材料的力学强度，韧性，耐磨性等。因此人们常利用纳米SiO2特殊结构和性能对塑料进行改性或制备SiO2复合材料，提高高分子材料的综合性能。３、纳米SiO2的分散方法由于纳米SiO2的小尺寸效应使其具有极高的表面活性能，因此非常容易发生团聚，为了使SiO2能更好的

8、分散在聚合物中，需采用了一系列的方法和手段。其主要分散方法分为两类：物理分散和化学分散。（１）物理分散：纳米SiO2的物理分散方法可分为机械力分散和超声波分散。机械力分散是借助外界剪切力或撞击力使纳米SiO2在介质中充分分散。主要方式为高速搅拌，高速球磨等。超声