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      • 技术 | 滑石粉在聚丙烯(PP)中的应用
        • 2020-09-23 00:47:17
        • 滑石粉
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      • 滑石粉在PP应用中前景无限好


            滑石粉已经成为塑料改性重要的无机矿物填料,在填充改性聚丙烯(PP)塑料的研究与应用中受到重视。开发滑石粉填充改性PP塑料有研究空间,滑石粉填充改性PP,提高其品质,应用在汽车、电器领域,有巨大的市场前景。




        滑石粉是PP聚丙烯塑料的常用矿物粉体填料,以其丰富的资源、低廉的价格和优异的填充性能而受到广泛关注。滑石粉填充的复合材料已广泛应用于汽车工业及日常用品其产品与未填充滑石粉的相比具有良好的表观质量、低的收缩率和较高的热变形温度,然而由于两相界面的亲和性不强滑石粉的直接填充往往导致一些力学性能的下降,从而使复合材料的应用受到限制。


            对其进行表面改性处理可有效地改进滑石粉与聚合物的界面亲和性提高聚合物对滑石粉的润湿能力改善滑石粉填料在高聚物基料中的分散状态从而提高复合材料的物理力学性能。有关矿物粉体增强的性能国内外已有许多研究,对其增强机理进行了大量的分析探讨,并对提出的机理相继建立了一些模型这些研究促进了矿物粒子增强聚合物制备复合材料的理论和实际应用。


        PP加入滑石粉后,神奇的一幕发生了


            滑石粉填料的优越性能无机填料在塑料改性中起到重要作用,成为不可缺少的改性助剂。在不同的应用领域,滑石粉作为增量剂、增强剂、功能改性剂,已经为业内人士认同。这与滑石粉本身的特性密不可分:层间的连接力很微弱,使其柔软,降低了加工过程中对设备的磨损性;片层结构可给予填充体系刚度和冲击强度间的最佳平衡;对于有机物具有一定的亲和力;滑石粉表面既有疏水性又有惰性;较高的白度。


            然而,填料与塑料基体之间的相容性差,影响体系的最终性能,为了改善两者之间的界面有机结合,必须对滑石粉表面进行改性处理。


            PP加滑石粉与其他通用热塑性塑料相比,具有相对密度小、价格低、加工性好以及综合性能良好等优点。由于它能够与多种材料很好地配混,能够以较低的价格模拟高价格工程树脂的性能,以及能够薄型化和减轻重量等,使其在汽车与电器材料应用中,满足汽车与电器用塑料的苛刻要求具有优势。


            PP存在低温脆性、耐低温冲击强度低、刚性差、成型收缩率大、易老化等缺点。PP加滑石粉可以提高填充PP塑料的热变形温度、增加制品尺寸稳定性、降低成型收缩率、提高刚性;超细滑石粉母料的加入,作为聚丙烯的补强填充剂,不但能够显著的提高聚丙烯制品的刚性、表面硬度、耐蠕变性、电绝缘性,还可以提高聚丙烯的冲击强度,改善PP的耐冲击能力、赋予体系优良的表面性能;滑石粉还具有熔体流动促进剂的作用,以及与某些阻燃剂的协同剂作用。


            丙烯中添加少量的滑石粉时,能起到成核剂的作用,细化晶粒、提高聚丙烯的结晶性,从而使聚丙烯各项机械性能提高,并且改善其透明性。


            滑石粉表面改性对PP增强性能的影响:滑石粉经偶联剂处理后,其填充PP的增强性能明显提高;各种偶联剂对PP增强效果有很大的差别,其中以硅烷类最好,磷酸酯较差,而将硅烷与钛酸酯合用,其效果也较为理想,这可能与两者产生协同效应有关。


            石粉粒度对PP增强性能的影响:滑石粉粒度在填充PP复合材料的制备中是一个很重要的因素,随着滑石粉粒度的减小,表面积的增大,粉体的增强性能提高,这主要是因为小颗粒表面缺陷相对较少,与PP发生物理化学结合的可能性大,界面粘结性能良好,在外力冲击下,会产生更多的微裂纹和塑性变形,但进一步超细化,使粉体表面显著增大,颗粒间作用过强,粉体易于结聚,影响了在PP中的分散性。


        滑石粉填充量对PP材料性能的影响


            量小于15%时,复合材料的强度随滑石粉用量的增加而增大,大于15%时则反而降低。这主要是由于滑石粉填充量太小,分散浓度太低,吸收外应力的主体是PP基体,不能起到明显的增强增韧作用;填充量较大时,粒子间过于相互接近,因有限的基体不足以包裹所有的颗粒,界面粘结状况下降,出现粘结缺陷,材料受冲击时微裂纹和塑性变形太大,几乎成为宏观开裂,导致强度下降。


            滑石粉与PP间的粘附功:用不同偶联剂改性的超细滑石粉填充PP体系的动态粘度有较大的差别,硅烷偶联剂的效果较为理想,改性后滑石粉填充PP体系的动态粘度明显降低,改善了与PP的相容性。滑石粉与PP间的粘附功与复合材料的拉伸强度有良好的对应关系,粘附功越大,材料的力学性能越好。


            当滑石粉质量分数为20%时,复合物的拉伸强度增加,而更高质量分数时会有所减少。在含10%的滑石粉且没有MAPP时,最大的强度大约增加5%。




        滑石粉粒子和PP基质的化学耦合剂,通过MAPP偶联剂对拉伸性能有适宜的影响,MAPP的最适宜质量分数约为1.5-3.0%。MAPP树脂的质量分数为1.5%时,PP-30%滑石粉拉伸强度增加约10%。


            在较大频率比例的情况下,对复合物流动性质的研究表明,增加滑石粉的含量,其流变性质总体来说降低。通过增加滑石粉质量分数到50%,其流动指数会减少,甚至会比为参考的PP值更低。


            交叉频率的移动表现了分子移动性和松弛时间性质的变化。复合物的交叉频率几乎是一致的,滑石粉质量分数达到30%,当填充剂载荷更高时,其量会有所减少,这是因为填充剂粒子网状结构对聚合物分子流动性和其松弛时间的影响。交联剂适宜的量与复合物交叉频率和交叉系数的最小值有关。


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