HDPE／PC／相容剂／蒙脱土复合材料性能的研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３５卷增刊　２００７年６月　塑料工业　ＣＨＩＮＡ　ＰＬＡ　ｎＣＳ　ＩＮＤＩｊ　汀ＴＲＹ　ＨＤＰＥ／ＰＣ／￥Ｈ容Ｎ／蒙脱土复合材料性能的研究　钟明强，章君　（浙江工业大学化学工程与材料学院，浙江杭州３１００１４）　摘要：研究了ｍ）ＰＥ／ＰＣ／增容剂／蒙脱土共混复合体系的力学性能和熔体的流变性能。结果表明，￣Ｊｕ／ｋ适量的增容　剂和蒙脱土对ＨＤＰＥ／ＰＣ复合材料力学性能有一定的提高。在所研究的剪切应力、剪切速率、温度及组成范围内，该　复合材料的ｌｇｒ／一ｌｇ　曲线都偏离牛顿流体曲线，为非牛顿假塑性流体。经过有机化处理的蒙脱土复合材料体系比未经　有机化处理的蒙脱土复合材料体系有更好的流动性和力学性能。　关键词：高密度聚乙烯；聚碳酸酯；蒙脱土；相容剂；复合材料　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＨＤＰＥ／ＰＣ／Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ　／ＭＭＴ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ＺＨＯＮＧ　Ｍｉｎｇ－ｑｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇ．ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｚｈｅｊｉｎｇ　ａＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００１４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒｓ　ｏｆ　ＨＤＰＥ／ＰＣ／ｃｏｍｐａｌｉｂｉｌｉｚ—・ｚｅｒ／ＭＭＴ　ｃｏｍｐｏｓ—・　ｉｔｅｓ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈｅ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｄｅｑｕａｔｅ　ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ　ａｎｄ　ＭＭＴ　ｃｏｕｌｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉ—　ｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＨＤＰＥ／ＰＣ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．Ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｈｅ　ｓｈｅａｒｔ　ｓｔｒｅｓｓ，ｓｈｅａｒ　ｒａｔｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｓｉ—　ｌｉｏｎｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｃｕｒｖｅ，ｔｈｅ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｇｒ／～ｌｇ７　ｏｆ　ＨＤＰＥ／ＰＣ／ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ／ＭＭＴ　ｂｌｅｎｄ　ａｌｌ　ｄｅｆｌｅｃｔｅｄ　ｓｔｒａｉｇｈｔ　ｌｉｎｅ　ｏｆ　Ｎｅｗｔｏｎｉｎ　ｆａｌｕｉｄ　ａｔ　ｓａｌｎｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｂｅｉｎｇ　ｏｆ　ｎｏｎ－Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ　ｐｓｅｕｄｏｐｌａｓｔｉｃ　ｆｌｕｉｄ．Ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｅｄ—ＭＭＴ　ｂｌｅｎｄｓ　ｈａｄ　ｂｅｔｔｅｒ　ｆｏｗａｂｉｌｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨＤＰＥ；ＰＣ；ＭＭＴ；Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｚｅｒ；Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　聚烯烃工程化研究是当前高分子材料研究领域的　—Ｉ－ＩＤＰＥ：５０００Ｓ，扬子石化公司；Ｉ－ＩＤＰＥ：Ｉ－ＩＤ５０７０ＥＡ，　盘锦乙烯公司；ＰＣ：Ｋ１３００，日本帝人化学公司；苯　乙烯、马来酸酐接枝高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ－ｇ－（ＭＡＨ—　ｃｏ－Ｓｔ））：增容剂，自制，接枝率３．４３％；ＭＭＴ：　个重要部分。高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）性能优异，　质轻价廉，应用日益广泛。聚碳酸酯（ＰＣ）是一种　综合性能优异的工程塑料。将ＨＤＰＥ与ＰＣ共？昆改性，　可以获得综合性能优良的共　昆材料，是聚烯烃类塑料　高性能化的一条重要途径ｌ卜　。有研究者针对　ＨＤＰＥ／ＰＣ体系相容性进行了较为详细的研究和报　道［４＿７ｌ。　ＮＢ９００，临安华特化工集团公司；环氧树脂：Ｅ　，　吴江市学联树脂厂。　１．２复合材料的制备　１．２．１增容剂的制备　采用正交试验法，以ＢＰＯ为引发剂，调整Ｓｔ、　ＭＡＨ的比例，Ｓｔ、ＭＡＩｌ的总含量，ＢＰＯ含量以及加　本文采用苯乙烯（ｓｔ），马来酸酐（ＭＡＨ）共单　体接枝ＨＤＰＥ得到的接枝物作为ＨＤＰＥ／ＰＣ体系的相　容剂，并在体系中加入蒙脱土（ＭＭＴ），利用蒙脱土　的阳离子交换特性，使其以单层或多层（纳米级尺　寸）分散于ＨＤＰＥ聚合物基体中制备了纳米复合材　料，研究了其力学和流变性能，并探讨作用机理。　工温度得到最佳配方与工艺条件。取Ｓｔ／ＭＡｉｌ（４０／　６０），ＭＡＨ、Ｓｔ共１０％，ＢＰＯ　１％，溶于适量丙酮中，　与ＨＤＰＥ混合均匀，自然挥发，除去溶剂，在双螺杆　混合机中混合，温度为１８０℃。　１．２．２有机化ＭＭＴ的制备　１实验部分　１．１主要原料　将钠基ＭＭＴ／环氧树脂（环氧值０．５）以质量比　＊浙江省重大科技攻关项目（０１１１０１６１９）及浙江省高校中青年学科带头人基金资助　作者简介：钟明强，男，１９６３年生，教授，博士，博士生导师，从事高分子及复合材料教学与科研工作，发表论文８０余　篇，获省部级科技奖２项。ｚｈｏｎｇｍｇ＠ｚｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com 塑料工业　２００７钲　为６７／３３，在烧杯中混合均匀后，在双辊上强力混炼　１５　２０　ｍｉｎ，温度控制在１５０—１７０　ｑＣ，得到密实粉状　产品，即有机ＭＭＴ。　的，这表明，增容剂可以改进共混，降低共混物两组　分之间的界面张力，增加界面结合力，促使相分散更　加均匀、稳定，因此拉伸性能有所提高。而且适量的　１．２．３共混物制备　将ＰＣ在１００　ｑＣ下，干燥１０　ｈ；增容剂、ＭＭＴ于　增容剂能明显提高复合材料的冲击性能，由于增容剂　使材料的相界面发生了改变，分散更加均匀，合适的　界面结合力能提高材料冲击性，但随着增容剂用量的　进一步增加，复合材料的冲击强度反而下降，这是因　为增容剂过量后，易在界面处成为单独的相，使材料　８Ｏ℃下干燥６　ｈ后与ＨＤＰＥ、其他助剂按一定比例混　合，再于双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，均化段与口　模处温度为２７０℃。　１．２．４注射制样制备　将上述挤出粒子于８０　１００　ｑＣ下烘干８　ｈ，在注　射机中注射成力学测试试样备用。料筒前段和喷嘴温　度为２７０℃。　１．３性能测试　拉伸性能按ＧＢ／Ｔ　１０４０－－１９９２用深圳新三思电子　万能试验机测试。　冲击性能按ＧＢ／Ｔ　１０４３－－１９９３用吴忠材料试验机　冲击试验机测试。　流变性能：仪器为英国Ｂｏｈｌｉｎ　Ｒ一７０毛细管流变　仪，长径比为１６：１，直径１　ｍｍ；测试温度２７０　ｑＣ。　２结果与讨论　２．１　ＰＣ用量和增容剂用量对复合材料力学性能的影　响　表１　ＰＣ用量对ＨＤＰＥ／ｔ￣共混体系力学性能影响　表２增容剂用量对ＨＤＰＥ／ｔ￣共混体系力学性能影响　表１是ＰＣ用量对ＨＤＰＥ／ＰＣ共　昆体系力学性能影　响。由表１可以看出，随着Ｐｃ用量的逐渐增加，材　料的拉伸强度逐渐增加，但Ｐｃ用量超过２０　ｐｈｒ以后，　拉伸强度增加逐渐趋缓。　表２是增容剂用量对ＨＤＰＥ／ＰＣ共混体系力学性　能影响。由表２可看出，在ＰＣ用量相等情况下，含　增容剂的复合材料的拉伸强度明显高于不含增容剂　界面结合力过弱，从而影响材料的冲击性能。　２．２　Ｍ１ＭＴ对复合材料力学性能的影响　表３　ＭＭＴ对ＨＤＰＥ／ＰＣ共混体系力学性能的影响　表３是ＭＭＴ表面处理方式和用量对ＨＤＰＥ／ＰＣ共　混体系力学性能。由表３可以看出，在ｍ（ＨＤＰＥ）／ｍ　（ＰＣ）为８０／２０时，体系中添加相同用量的经环氧树脂　处理的ＭＭＴ体系的拉伸强度和冲击强度均高于未处　理的ＭＭＴ体系，这是因为，钠基ＭＭＴ层间距较小只　有１．４　ｎ／ｎ左右，ＭＭＴ经环氧树脂处理的，环氧树脂　能与ＭＭＴ片层间的阳离子进行交换，插入ＭＭＴ片层　间，环氧化合物在ＭＭＴ片层间发生自聚，进一步扩　大ＭＭＴ的层间距。较大的层间距能使聚合物插入到　ＭＭＴ中，因此材料的拉伸强度得到提高。虽然未处　理的ＭＭＴ也能使聚合物插入到片层之间，但效果没　有环氧树脂处理过的ＭＭＴ明显。其次，复合材料的　冲击强度随着ＭＭＴ用量的增加而逐渐减小，这是因　为ＭＭＴ用量较少时，容易在聚合物中发生插层、剥　离，而ＭＭＴ用量逐渐增多后，难以在聚合物中分散　剥离，而大多以团聚的形式在聚合物中出现，造成制　品的拉伸、冲击强度反而下降。　２．３　ＨＤＰＥ／ＰＣ／相容剂体系流变性能　图１是ＨＤＰＥ／ＰＣ／￣容剂共混体系的流变性能。　从图１可见，几种材料的表观剪切黏度均随着剪切速　率的增大而减小，说明流动性提高，加工性能得到改　善。而ＨＤＰＥ／ＰＣ复合材料在有无增容剂的情况下，　都比ＨＤＰＥ单一聚合物黏度还低。由此可知，ＨＤＰＥ／　ＰＣ复合能大大降低ＰＣ的熔体黏度，提高材料的加工　性能。从图１还可看出，ＨＤＰＥ／ＰＣ复合材料为假塑　性流体，满足剪切变稀的变化规律。这对其加工应用　维普资讯 http://www.cqvip.com