碳酸鈣填料增韌增強機理及復合偶聯劑的改性應用淺析

時間:2016-06-24 閱讀:

采用碳酸鈣作為增韌粒子來提高高分子材料的沖擊韌性是一種成熟的高分子材料改性技術。碳酸鈣對塑料的增韌效果關鍵取決于碳酸鈣與塑料的界面結合強度。而傳統的碳酸鈣表面處理采用各種酸酯類偶聯劑、脂肪酸一鹽及接枝物等,對復合材料的沖擊韌性提高幅度不大。因此對于復合材料界面改性研究的焦點是開發復合偶聯劑。新型的復合偶聯劑。通過界面增強劑與偶聯劑復合后,對碳酸鈣表面進行處理,以提高碳酸鈣與聚烯烴兩相界面的結合強度,既可改善聚烯烴樹脂與無機剛性粒子間的相容性問題,又得到理想的無機粒子包覆層狀態,以使復合材料的沖擊強度提高。

碳酸鈣的增韌增強機理

1、當受到外力沖擊產生變形時,由于碳鈣粒子的存在,產生了應力集中效應,引發其周圍的聚基體樹脂烯涇的屈服,這種基體的屈服將吸收大量的沖擊能,產生曾韌作用;

2、當裂紋遇到碳酸鈣粒子時候,會產生訂扎-攀越活丁扎-裂紋二次引發效應,使裂紋擴展;

3、兩相界面的部分受力碾砣形成空洞,從而使裂紋鈍化,不至于發展成破壞性開裂。從碳酸鈣的增韌效果,關鍵取決于聚乙烯與無極填料的兩相界面的結合強度。

碳酸鈣表面復合活化機理

基于碳酸鈣的增韌機理,提高兩相的鍵和強度是提高復合材料強度的關鍵。采用常規的碳酸鈣表面處理技術填充聚烯烴時,其兩相界面結構為:

從界面結構上看,偶聯劑的官能團與碳酸鈣表面的-OH通過化學反應形成化學鍵,因此,碳酸鈣與偶聯劑的之間結合力很強,當偶聯劑的碳鏈端長度較短,其長鏈與聚烯烴的分子鏈之間只有范德華力結合,產生不了纏結,因此強度較低。當受外力作用時,偶聯劑與聚烯烴分子容易脫離,從而對復合材料沖擊強度提高幅度不大。在引入了端基具有極性基團的長碳鏈(100個碳以上)界面增強劑后,偶聯劑與聚烯烴分子的結合強度大幅提高。當我們延長了偶聯劑的碳鏈長度,長碳鏈可與聚烯烴分子鏈發生纏繞,甚至部分形成共晶,從而起到強橋聯作用,使碳酸鈣與聚烯烴分子的結合更加牢固。

復合偶聯劑含量的影響

復合偶聯劑的含量對復合材料的拉伸強度影響不大,對沖擊強度有一定的影響,在復合偶聯劑的質量為碳酸鈣質量的1。8%時,沖擊強度達到最大值,因此,復合偶聯劑的質量為碳酸鈣質量的1.8%。

碳酸鈣含量的影響

在復合偶聯劑的質量為碳酸鈣質量的1.8%的條件下,考察碳酸鈣的含量對復合材料性能的影響,實驗結果見下圖

從上圖可看出,隨碳酸鈣含量的增加,拉伸強度降低,沖擊強度先升高后降低,碳酸鈣的質量為復合材料質量的35%時,沖擊強度達到最大值。因此,確定復合材料中碳酸鈣的最佳質量份數為35%。碳酸鈣的含量對復合材料的性能影響較大,這與碳酸鈣對聚乙烯的聚集態和應力傳導的影響有關。當復合材料受到沖擊時,碳酸鈣粒子不僅起到應力集中、引發銀紋的作用,還起到應力傳導的作用。當碳酸鈣的含量增加時,碳酸鈣粒子之間的應力傳導性變好,使沖擊能量更加均勻地擴散、消耗,使復合材料的沖擊性能提高。但碳酸鈣的含量超過一定量時,碳酸鈣粒子間距過小,粒間易出現較大的裂紋,致使復合材料沖擊性能下降。

小結:采用界面增強劑與偶聯劑組成的復合偶聯劑對碳酸鈣表面進行活化處理,大大提高了碳酸鈣與聚烯烴的界面結合強度,從而大幅度提高注塑產品的沖擊強度。在復合偶聯劑的質量為碳酸鈣質量的1.8% 、碳酸鈣的質量為復合材料質量的35%時,復合材料的沖擊強度達到較為理想的狀態。

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