聚氯乙烯(PVC)是一大類綜合性能優(yōu)良的通用塑料, 但PVC 作為硬制品不能廣泛應(yīng)用作結(jié)構(gòu)材料, 主要是PVC 沖擊性能差, 因此, 對PVC 進(jìn)行增韌改性, 開發(fā)高強(qiáng)高韌PVC , 以促進(jìn)這類塑料工程化是一項(xiàng)重要研究課題。
意義

硅灰石是一種天然短纖維新型礦物, 具有吸濕性小, 熱穩(wěn)定性好, 表面不易劃傷等優(yōu)點(diǎn), 用它填充聚合物, 具有快速分散性和低的粘度, 在提高拉伸強(qiáng)度和撓曲強(qiáng)度方面針狀硅灰石優(yōu)于其他無機(jī)填料, 廣泛應(yīng)用于汽車和建筑行業(yè)。我國硅灰石礦產(chǎn)資源豐富, 研究硅灰石在塑料中的應(yīng)用, 對開發(fā)這一優(yōu)質(zhì)礦物有著現(xiàn)實(shí)意義。

本研究選用兩種粒徑的硅灰石剛性粒子為填料,采用甲基丙烯酸甲酯(MMA)對硅灰石進(jìn)行針狀硅灰石粉化學(xué)包覆以改善相容性, 考察了共混體系的力學(xué)性能并對針狀硅灰石粉增韌機(jī)理作了探討。

甲基丙烯酸甲酯包覆硅灰石及其表征

在偏光顯微鏡下觀察, 硅灰石剛性粒子形狀呈纖維狀、片柱狀及立方體狀, 一次粉碎粒子粒徑分布較寬, 二次粉碎粒子粒徑分布相對均勻。硅灰石的表面改性處理:稱取一定量的硅灰石粉置于三口燒瓶中, 按比例加入水和MMA , 劇烈攪拌, 慢慢升溫至70 ～ 75 ℃, 按單體量加入0 .6 %～ 0 .7 %的水溶性引發(fā)劑, 反應(yīng)一段時(shí)間后過濾。在120 ℃烘箱中干燥至恒重后備用。紅外光譜分析:取上述反應(yīng)過濾后的適量硅灰石粉,經(jīng)無水乙醇和85 ℃蒸餾水抽濾各三次, 在120 ℃烘箱中干燥至恒重后和干燥的未改性硅灰石粉分別進(jìn)行紅外光譜分析 ?？梢钥闯鎏幚磉^的硅灰石粉在波數(shù)為1 729 cm-1處出現(xiàn)了明顯的羰基伸縮振動吸收峰, 證實(shí)了硅灰石表面包覆了結(jié)合緊密的PMMA 
注塑成型

前段溫度:180 ℃;中段溫度:175 ℃;后段溫度:165 ℃;注塑壓力:60 MPa ～ 70 MPa ;冷卻時(shí)間:15 ～60 s;保壓時(shí)間:15 ～ 40 s 。

性能測試

①按GB1040 —92 塑料拉伸試驗(yàn)方法測定硅灰石/PVC 樣條的拉伸強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)速度為10 mm/min 。

②按GB1048 —93 塑料簡支梁沖擊試驗(yàn)方法測定硅灰石/PVC 樣條的簡支梁沖擊強(qiáng)度。

③按GB1042 —79 塑料彎曲試驗(yàn)方法測定硅灰石/PVC 樣條的彎曲強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)速度為25 mm/min 。

④在透射電子顯微鏡(TEM)上觀察試樣的相結(jié)構(gòu), 樣品為注射樣條沿熔體流動方向取樣。

⑤在掃描電子顯微鏡(SEM)上觀察試樣內(nèi)部形貌, 樣品為注射樣條常溫沖擊斷面, 表面噴金觀察。

結(jié)果與討論

改性的與未改性的兩種硅灰石剛性粒子在考察范圍內(nèi)都提高了復(fù)合體系的沖擊強(qiáng)度, 但改性粒子較未改性粒子提高幅度大。Darilyn HRobertsh和賀昌城的研究也表明, 硅灰石能提高復(fù)合物的韌性。在本體系下, 一次改性粒子在填充量為20 份時(shí), 沖擊強(qiáng)度最大值為8 .3 kJ/m2 , 二次改性粒子在填充量為50 份時(shí), 沖擊強(qiáng)度最大值為9 .1 kJ/m2 , 與未填充粒子的體系相比分別提高108 %和128 %。同時(shí)還表明, 一次粉碎未改性硅灰石剛性粒子總體上比二次未改性粒子利于增韌, 因?yàn)橐淮畏鬯榱Ｗ恿捷^大且分布寬, 大粒徑的纖維晶體、片柱狀粒子在熔體流動中更易于取向, 有助于貫穿基體, 傳遞應(yīng)力, 終止裂紋擴(kuò)展;但同時(shí)粒徑大, 表面缺陷也多, 易形成不能有效終止的大裂紋, 不易實(shí)現(xiàn)高填充;二次粉碎硅灰石剛性粒子粒徑小且相對均勻, 如果表面未經(jīng)改性處理, 在PVC 基體樹脂中更易形成疏松團(tuán)聚體, 比直接使用和團(tuán)聚體尺寸同樣大小的粗粒徑粒子的力學(xué)性能更差,而粒子經(jīng)表面改性處理表面包覆PMMA 后, 粒子在PVC 基體樹脂中均勻分散, 粒子與基體間相容性良好,將基體與粒子結(jié)合成一個(gè)整體, 調(diào)節(jié)了界面內(nèi)應(yīng)力從而減緩了應(yīng)力集中, 沖擊韌性逐漸提高, 在填充量較高時(shí)達(dá)最大值。

硅灰石剛性粒子改善了體系的拉伸強(qiáng)度, 這主要是硅灰石纖維晶體在熔體流動中取向的貢獻(xiàn)。未改性粒子在基體中形成的弱界面多, 受拉伸力時(shí), 粒子與基體間、粒子與粒子間易滑脫, 故拉伸強(qiáng)度低一些。粒徑小而均勻的改性硅灰石粒子更能提高拉伸強(qiáng)度, 因?yàn)楦男粤Ｗ釉诨w中界面結(jié)合良好, 受拉伸應(yīng)力時(shí), 內(nèi)部摩擦力大所致;在進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測試時(shí), 30 份以前的復(fù)合物樣條具有比純PVC 大得多的斷裂伸長率, (ε)大于200 %。拉伸強(qiáng)度隨填料量的

增加先增大而后逐漸減小。

 二次粉碎未改性硅灰石剛性粒子導(dǎo)致彎曲強(qiáng)度降低, 而改性粒子能提高彎曲強(qiáng)度。這是因?yàn)楦男怨杌沂Ｗ颖砻娴腜MMA 填補(bǔ)了硅灰石表面的孔洞、溝槽等缺陷的結(jié)果。隨改性填料量的增加彎曲強(qiáng)度先增大而后逐漸減小。以上結(jié)果表明, 二次粉碎改性硅灰石剛性粒子比一次粉碎改性粒子具有更均衡的力學(xué)性能, 易實(shí)現(xiàn)高填充。所以, 下面對二次粉碎硅灰石剛性粒子填充體系進(jìn)行機(jī)理探討和相態(tài)、形貌觀察分析。