聚烯烴/蒙脫土復合材料的制備與阻氧性能研究

楊智航，馮厚軍，孔啟明，唐旭東

（天津科技大學材料科學與化學工程學院，天津 300457）

本文以乙烯-辛稀共聚物（PE-R）、無規芥聚物（PP-R）、聚丁烯（PB）、聚丙烯接枝馬來酸酐共聚物（PP-g-MAH）與有機蒙脫土（OMMT）。通過熔融共混制備了PE-R/OMMT、PP-R/OMMT、PB/OMMT、PP-g-MAH/OMMT復合材料。對上述復合材料的力學性能與阻氧性能等與未添加OMMT 的性能進行了比較與分析。

1 實驗部分

1.1 主要原料

乙稀-辛稀共聚物（PE-R）：韓國SK 集團，DX800；無規共聚聚丙烯（PP-R）：北京燕山石油化工有限公司，4220；聚丙烯接枝馬來酸酐共聚物（PP-g-MAH）：沈陽四維高聚物塑膠有限公司，SWJ-1B；聚丁烯（PB）：韓國愛康株式會社，YLEM1050；有機蒙脫土：浙江豐虹粘土化工有限公司，DK。

1.2 試樣制備

PE-R/OMMT 復合材料試樣的制備：將PE-R與OMMT 按比例1：1 混合后置于雙輥塑煉機上(前輥溫度為150℃、后輥溫度為170℃)制備母料，冷卻后破碎成粒料，母料烘干后與PE-R 按比例4：6 混合后通過雙螺桿(各段工藝溫度為130℃、160℃、160℃、160℃)擠出后造粒。用注塑機(各段工藝溫度為150℃、160℃、160℃、150℃) 及壓機(溫度設置為160℃) 將干燥好的粒料分別注塑成樣條及壓制成膜。

PP-R/OMMT、PB/OMMT、PP-g-MAH/OMMT 復合材料試樣的制備流程同上。

1.3 熔體質量流動速率測試（MFR）

按照國家標準GB/3682-2000，使用上海思爾達科學儀器有限公司RL-Z1B1 熔體流動速率儀進行測試。

1.4 DSC 測試

按照國家標準GB/T19466，使用NETZSCH 公司的DSC 204F1 進行測試。

1.5 維卡軟化點測試

按照國家標準GB/T1633-2000，使用深圳市新三思微機控制熱變形維卡軟化試驗機進行測試，升溫速率為50℃/h。

1.6 力學性能測試

沖擊性能測試：按照國家標準GB/T 1043-93，使用深圳市新三思材料檢測有限ZBC-1400-1 擺錘沖擊試驗機進行測試。

拉伸性能測試：按照國家標準GB/T 1043-92，使用深圳市新三思材料檢測有限公司CMT4503 微機控制萬能試樣機進行測試，拉伸速率50mm/min。

1.7 氧氣透過率測試

按照國家標準GB/T 19789，采用等壓法使用OX2/231 氧氣透過率測試系統進行測試。

2 結果與討論

表1 樣品的編號

2.1 熔點、維卡軟化點和MFR 數據分析

表2 材料的熔點、維卡軟化點和MFR 數據

由上表2 可知各材料的熔點、維卡軟化點和熔體質量流動速率（MFR），添加了20%的有機蒙脫土的復合材料的熔體質量流動速率均出現下降，且幅度較大，而熔點和維卡軟化點則略有上升，這可能是有機蒙脫土加入后，與基體形成了兩相結構，出現了連續相與分散相，從而使使分子鏈的運動受到了較大的阻力，所以熔體質量流動速率出現了下降，而熔點和維卡軟化點則都有一定程度的升高。

2.2 材料的力學性能分析

表3 材料的力學性能數據

由表3 可知各材料的力學性能數據，相比純聚合物A-1、B-1、C-1、D-1 材料，加入了20%的有機蒙脫土的A-2、B-2、C-2、D-2 復合材料的拉伸強度及斷裂伸長率、彎曲強度、彎曲彈性模量均出現下降，這可能是由于有機蒙脫土的加入量過多，使得其不但未能使聚合物分子鏈呈現剛性而增強力學性能，及異相成核作用降低致使聚合物的結晶性能未有很大的提高，從而未能使大分子鏈排列更規整緊密而提高力學性能，且由于加入量過多，有機蒙脫土未能在聚合物中分散均勻，容易形成團聚致使不易形成剝離型的復合材料，最終使得復合材料的力學性能不升反降。

2.3 阻氧性能分析

表4 材料的阻氧性能數據

由表3 可知各材料的氧氣透過量，在40%RH和80%RH 的情況下，添加了20%的有機蒙脫土的復合材料的氧氣透過量都比純聚合物材料的氧氣透過量要小這說明了有機蒙脫土的加入能夠提高聚合物材料對氣體的阻氧性能，這可能是分散在聚合物基體中的有機蒙脫土對氣體分子有阻礙透過作用，能夠形成“迷宮”效應[4，5]。相對濕度（RH）由40%提高到80%時，氧氣的透過量略有降低，這則有可能是相對濕度的增加，使與聚合物中的有機蒙脫土結合的水分子更多，對氣體分子的阻礙透過能力增強，所以氧氣透過量略有降低。

3 結論

3.1 添加了20%有機蒙脫土的復合材料的熔體質量流動速率大幅度下降，熔點和維卡軟化點略有上升。

3.2 添加了20%有機蒙脫土的復合材料的力學性能與未添加的相比出現下降。

3.3 添加了20%有機蒙脫土的復合材料阻氧性能與未添加的相比有所提高。

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