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非金属矿物填料对改性聚丙烯熔接痕强度的影响
来源:中国粉体技术网    更新时间:2017-09-26 08:51:06    浏览次数:
 
  滑石粉碳酸钙硅灰石、云母粉、硫酸钡等是聚丙烯(PP)填充改性常用的无机填料,其形状主要有颗粒状、纤维状、片层状等,非金属矿物含量、粒径、类型等对填充PP复合材料熔接痕强度具有重要影响。
  
  1矿物填充PP复合材料试验
  (1)原料
  滑石粉:粒径800目、1250目、3000目、5000目、8000目,编号分别为TALC-1、TALC-2、TALC-3、TALC-4、TALC-5;
  碳酸钙:粒径1250目、3000目、5000目,编号分别为CC-1、CC-2、CC-3;
  硅灰石:粒径400目、1250目,编号分别为WS-1和WS-2;
  云母粉:粒径325目、800目,编号分别为MICA-1和MICA-2;
  硫酸钡:粒径1250目、3000目,编号分别为BAS-1和BAS-2;
  玻璃纤维:单丝直径13μm、直径10μm,编号分别为GF-1和GF-2。
  2)试验方法
  将各种原材料混合均匀后通过双螺杆挤出机挤出造粒,挤出造粒的加工条件为:各区加工温度180-210℃之间,主机转速650r/min,真空度为-0.08-0.04MPa。考虑到实际应用情况,硅灰石和玻璃纤维加料从挤出机的侧喂料口加入。
  将上述挤出粒料在注塑机上注塑成符合ISO 527-1/2 Type 1A标准的普通哑铃型拉伸和带熔接痕的哑铃型拉伸试样,并测试普通拉伸样条性能、熔接痕强度性能和微外观测试。
 
  2矿物种类及粒径对PP填充材料的影响
  熔接痕的强度取决于界面处高分子链是否有足够的时间和能量来进行扩散,以形成分子链的缠绕。
  


表2 矿物种类及粒径对PP复合材料熔接痕强度的影响
非金属矿物填料对改性聚丙烯熔接痕强度的影响
  
  由表1和表2可知:
  (1)球型矿物对熔接痕的影响小于片层矿物,针状矿物介于两者之间,但添加玻璃纤维的熔接痕强度保持率是最小的。
  主要原因是两股料流对冲时球型结构矿物对两股料流前端的分子链相互缠绕影响小,而片层结构矿物在两股料流对冲时前端的片层很难相互嵌插从而导致分子链缠绕困难,针状矿物对两股料流前端分子链缠绕的影响介于球型结构与片层结构。
  如添加球型结构的碳酸钙或硫酸钡其熔接痕强度保持率在84%以上,而添加片层结构的滑石粉或云母粉其熔接痕强度根据粒径大小不同在72%-84%不等。
  (2)小粒径的矿物对熔接痕的影响小于大粒径。主要原因是粒径越小对两股料流前端的分子链相互缠绕影响越小。
  如添加片层结构的滑石粉其粒径从800目到8000目不断増加时,其熔接痕强度保持率从73.8%上升至84.6%,添加球型结构的碳酸钙其粒径从1250目到5000目不断増加时,其熔接痕强度保持率从84.5%上升至87.1%。
  (3)在所有的矿物填充PP中玻璃纤维对熔接痕的影响最大,熔接痕强度保持率下降至60%以下。主要原因一方面是玻璃纤维在PP中的保留长度很大严重影响了两股料流前端分子链的相互缠绕,另一方面玻璃纤维的加入使得整体流动性变差,这在相同的注塑工艺下两股料流相互接触所用时间比其他矿物要长,耗时越长最前端的熔体温度也会越低,进而阻碍了分子链的相互缠绕。
  
  3矿物含量对熔接痕强度的影响
  表3-8为滑石粉、碳酸钙、硅灰石、云母、硫酸钡、玻璃纤维的含量对熔接痕强度的影响。
  
 
非金属矿物填料对改性聚丙烯熔接痕强度的影响
 
  由表3-8可看知:不管矿物种类如何,复合材料的熔接痕强度都随着矿物含量的増加不断下降。主要原因是随着矿物含量的増加,矿物对整个体系的粘度影响也増加。体系粘度越大在两股料流对冲时所消耗的时间较长以及体系粘度越大影响分子链相互缠绕越严重。
  
  4不同种类矿物在PP体系中的分散性表征
  
非金属矿物填料对改性聚丙烯熔接痕强度的影响
  
  由图1-A和图1-D所示,滑石粉和云母的片层结构明显,此类结构在两股料流对冲时嵌入滑石粉片层的高分子链缠绕困难,从而熔接痕强度偏低。
  图1-B和图1-E分别为碳酸钙和硫酸钡,都为球状结构,两者的熔接痕保持率也比较接近且比片层结构填充体系高。
  图1-C和图1-F分别为针状结构的硅灰石和玻璃纤维,玻璃纤维尺寸较大,但因为形状相似,熔接痕保持率也较接近。
  比三种结构的微观形貌和检测结果可以看出,矿物的微观形态对熔接痕强度有重要的影响。
  
  5结论
  (1)填充聚丙烯复合材料的熔接痕强度与填充的矿物种类、粒径以及含量有着密切的关系。
  (2)球型结构矿物填充PP的熔接痕强度保持率比片层矿物填充PP的熔接痕强度保持率高。
  (3)相同矿物种类,不同的粒径对PP复合材料的熔接痕强度保持率影响不同,矿物粒径越小熔接痕强度保持率越高。
  (4)相同矿物种类、相同的粒径,不同的矿物含量对PP复合材料的熔接痕强度保持率影响不同,矿物含量越高熔接痕强度保持率越低。

  资料来源:矿物填料对改性聚丙烯熔接痕强度的影响,作者:陈业中,钱志军,俞飞等;
  编辑整理:中国粉体技术网
  

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