PP/納米碳酸鈣在汽車塑料中的應(yīng)用
時(shí)間:2006-08-04
摘要：采用不同的工藝、配方制備了聚丙烯/納米碳酸鈣和聚丙烯/納米碳酸鈣/彈性體復(fù)合材料，比較了加工工藝、配方對(duì)復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明用自制的鈍化劑和超高速攪拌的方法，采用母?；に?，以8303為基體樹脂，納米碳酸鈣的含量為4％時(shí)，所得復(fù)合材料的綜合性能量佳。
關(guān)鍵詞： 納米粒子 改性聚丙烯 汽車工程塑料
前言
納米材料是指一維或二維尺寸小于100納米的材料，它的粒徑小，比表面積大，由于量子效應(yīng)和表面效應(yīng)，納米材料的物理、化學(xué)性能、電性能較微米級(jí)的材料都有很大的差別。自1987年日本豐田材料研究中心首次制備了尼龍納米復(fù)合材料以來，納米復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能引起了人們的關(guān)注。目前納米材料的種類很多，就無機(jī)填料而言，有納米蒙脫土、納米二氧化鈦、納米二氧化硅、納米碳酸鈣等。其中納米碳酸鈣因來源廣，價(jià)格便宜，在塑料改性中應(yīng)用較多。據(jù)估計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家1999年納米碳酸鈣在塑料制品中的消耗量達(dá)到了200KT，我國(guó)的用量較少，僅為12KT。
聚丙烯由于綜合性能優(yōu)異，獲得了廣泛的應(yīng)用。但它的韌性不好，當(dāng)把它用于汽車保險(xiǎn)杠時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行增韌改性。傳統(tǒng)的改性方法是用彈性體增韌，這種工藝已比較成熟。它的主要缺點(diǎn)是加工性能差，流動(dòng)性能不好，成本較高。產(chǎn)品強(qiáng)度不好，而且要用大量的外匯進(jìn)口彈性體。而用剛性的納米材料增韌聚丙烯，可在增韌的同時(shí)，提高聚丙烯的剛性和流動(dòng)性，成本也不高，且不需要耗用外匯。
剛性粒子增韌聚丙烯的機(jī)理是：由于剛性粒子的加入，使聚丙烯機(jī)體的應(yīng)力集中發(fā)生了改變，將剛性粒子簡(jiǎn)化為球形，那么在拉伸應(yīng)力場(chǎng)中，變形的初始階段(界面脫粘前)，基體對(duì)填料的作用力在兩極為拉應(yīng)力，在赤道上為壓應(yīng)力，而在赤道附近，基體也會(huì)受到填料的壓力。剛性粒子的加入，使聚丙烯在受到?jīng)_擊時(shí)，在剛性粒子周圍產(chǎn)生了應(yīng)力集中，易引起基體樹脂產(chǎn)生微開裂，吸收一定的變形功。同時(shí)剛性粒子的存在，使基體樹脂微裂紋的擴(kuò)展受阻和鈍化，不至于發(fā)展成破壞性的開裂。但是由于碳酸鈣和聚丙烯的相容性不好，當(dāng)碳酸鈣的粒徑較大(達(dá)到10微米以上時(shí))時(shí)，它和聚丙烯的界面在受力時(shí)會(huì)脫粘，使微裂紋擴(kuò)大為宏觀的裂紋，反而降低材料的韌性。有學(xué)者提出，許多通常在熔融狀態(tài)下不相容的物質(zhì)組份，在納米尺度下具有一定的相容性。納米碳酸鈣由于粒徑極小，表面積很大，表面有未結(jié)晶的非對(duì)稱原子，使納米碳酸鈣具有很高的活性，可以和聚丙烯基體形成很好的粘接界面。
結(jié)論
(1) 采用高速攪拌，并用鈍化劑預(yù)處理，采用母粒化的方法，更有利于納米碳酸鈣
在聚丙烯中的分散。防止納米碳酸鈣的團(tuán)聚。所得材料的綜合性能最好。
(2) 納米碳酸鈣在聚丙烯中的最佳用量是4％。當(dāng)體系中含有適量的彈性體時(shí)，增加納米粒子的用量，材料的沖擊強(qiáng)度基本保持不變。
(3) 在用于汽車保險(xiǎn)杠時(shí)，基體樹脂選用8303，沖擊強(qiáng)度最好，綜合性能最佳。
(4) 用上述方法制得的納米碳酸鈣改性聚丙烯工程塑料，沖擊強(qiáng)度達(dá)到58KJ/㎡， 彎曲彈性模量1007MPa，彎曲強(qiáng)度為26.74MPa，熔體流動(dòng)速率為7g/10min，拉伸強(qiáng)度為23MPa，伸長(zhǎng)率為700％。滿足汽車保險(xiǎn)杠對(duì)材料性能的要求。
(5) 應(yīng)用此方法制造汽車保險(xiǎn)杠用材料，因沒有使用價(jià)格昂貴的、需要進(jìn)口的彈性體，可以大幅度的降低生產(chǎn)成本，節(jié)約大量的外匯。具有廣闊的應(yīng)用前景。預(yù)計(jì)其經(jīng)濟(jì)壽命可達(dá)10年以上。
