PP/納米硫酸鋇復合材料的性能研究

邢向陽 田 耘 曹 華 劉志平

（1.廣州德聯集團股份有限公司，廣東 廣州 510000；2.漢中職業(yè)技術學院，陜西 漢中 723000；3.東莞銀禧工程塑料有限公司，廣東 東莞 523000）

聚丙烯（PP）是一種工業(yè)產量較大的聚合物，它具有質輕、易于加工、化學穩(wěn)定性良好等優(yōu)點，在電子產品、汽車零件、包裝材料等領域的應用十分廣泛。但PP的耐候性和低溫韌性不高，使其在某些方面的應用受到了限制。對PP的性能進行改進一直是一個重要的課題。利用納米粒子對聚合物進行改性是聚合物的性能改進是制備某些高性能聚合物材料的有效手段[1]。納米粒子由于其粒度很小和比表面積大而具有小尺寸效應和量子效應等，可對一些聚合物材料的性能有提升作用[2-3]。納米硫酸鋇改性PP材料的性能研究卻鮮見報道。本文研究了納米硫酸鋇含量對PP/納米硫酸鋇復合材料的力學性能和結晶行為的影響。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PP：Z30S-2，撫順乙烯化工有限公司；納米硫酸鋇：平均粒徑約50nm，上海亮江化工公司。

1.2 主要設備

雙螺桿擠出機，SHJ-20B，南京海思擠出設備有限公司；注塑機，HTB-80，寧波海天機械有限公司；沖擊試驗機，XJJ-5，河北承德實驗機有限公司；電子拉力試驗機：RGD-5，深圳瑞格爾有限公司；DSC熱分析儀，TGA-DSC1，瑞士梅特勒公司。

1.3 樣品制備

將 PP與納米硫酸鋇按重量比 99/1、92/2、93/3、94/4、95/5的比例混合均勻，在雙螺桿擠出機上熔融共混擠出造粒制得PP/納米硫酸鋇復合材料。共混粒料干燥后，在注塑機上注射成型成標準測試用樣條。

1.4 測試與表征

力學性能測試：按GB1043-93進行沖擊試驗；按GB/T1040-90進行拉伸試驗；按GB/T9341-88進行彎曲試驗。DSC測試：先快速升溫至200℃，再恒溫5min以消除熱歷史，再在10℃/min的降溫速率下紀錄DSC曲線。

2 結果與討論

2.1 復合材料的力學性能

PP/納米硫酸鋇復合材料的拉伸強度受納米硫酸鋇的含量的影響如圖1所示。由圖1的結果可知，當納米硫酸鋇的含量增大時，PP/納米硫酸鋇復合材料的拉伸強度先是增大，而后有所減小。這主要是因為納米硫酸鋇是一種強度較高的無機填料，在復合材料中可以起到承載的作用，從而在復合材料中產生一定的增強作用。但當納米硫酸鋇的含量過高（超過4%）時，因納米硫酸鋇在復合體系中的團聚現象變多，致使其與PP基體界面的缺陷變多而使復合材料變得容易斷裂，因此復合材料的拉伸強度在納米硫酸鋇的含量過高時有所減小。

PP/納米硫酸鋇復合材料的沖擊強度納米硫酸鋇的含量的影響如圖2所示。由圖2的結果可知，當復合材料中納米硫酸鋇的含量增大時，PP/納米硫酸鋇復合材料的沖擊強度增大，而后有所減小。這主要是因為納米硫酸鋇的強度較高，在復合材料受剪切力作用時也可以阻礙微裂紋的擴展，從而使復合材料的沖擊強度增加。但當納米硫酸鋇用量超過3%時，納米硫酸鋇粒子之間的間距變小而出現團聚現象，使得裂紋易于合并而擴大擴展，從而使復合材料體系的沖擊強度又有所減小。

PP/納米硫酸鋇復合材料的彎曲強度納米硫酸鋇的含量的影響如圖3所示。由圖3的結果可知，當復合材料中納米硫酸鋇的含量增大時，PP/納米硫酸鋇復合材料的彎曲強度基本上呈逐漸增大的趨勢。這主要是因為納米硫酸鋇作為一種無機填料具有較好的剛度，添加到PP/納米硫酸鋇復合材料體系中能提高復合材料的剛硬度的緣故。

綜上所述，PP/納米硫酸鋇復合材料中納米硫酸鋇的含量為3%～4%時，復合材料具有較好的綜合力學性能。

2.2 復合材料的結晶行為

PP/納米硫酸鋇復合材料的結晶特性通過DSC曲線來進行研究，圖4為純PP和PP/納米硫酸鋇復合材料在10℃/min的降溫速率下測試的DSC結晶曲線。從DSC圖中得到的PP/納米硫酸鋇復合材料的結晶溫度(Tc)、熔融熱焓(ΔHm)和結晶度（Xc)列于表1中。使用的完全結晶PP熱焓為已報道的209J/g[4]。由圖4中的DSC降溫曲線和表1中的數據可知，納米硫酸鋇的提高了復合材料的結晶溫度Tc和結晶度。這說明納米硫酸鋇在復合體系中對PP有異相成核作用，有利于PP分子鏈的規(guī)整排列而結晶，從而使得PP的結晶度變大。

表1 純PP和PP/納米硫酸鋇復合材料的結晶參數

3 結論

通過熔融共混法制備了不同納米硫酸鋇含量的PP/納米硫酸鋇復合材料。納米硫酸鋇的加入在一定程度上提高了PP/納米硫酸鋇復合材料的力學性能，且納米硫酸鋇加入對PP的結晶有促進作用。

［1］巫曉鑫,李國林,吳水珠,等.納米MgO與磷酸酯協效阻燃聚對苯二甲酸丁二醇酯的研究[J].塑料工業(yè),2011,39(9)：93-96.

［2］徐國永,王平華.納米技術增韌改性聚氯乙烯的研究進展[J].塑料科技,2004(10)：48-52.

［3］朱友良,裴建云.無機納米粒子填充改性聚四氟乙烯復合材料的研究[J].塑料工業(yè),2005(5)：8-11.

［4］Arroyom M,Lopez-Manchadom A.Crystallization kinetics of polypropylene：II Effectof the addition of shortglass fibres[J].Polymer,1997,38：5587-5593.