PP FSBS 2F滑石粉三元复合材料性能研究
聚丙烯(PP)是重要的高分子材料之一，它具有密度低、加工性能好、拉伸强度和模量高等优点，广泛应用于多个领域中。但PP也存在诸多不足，如室温和低温冲击性能差、耐热性欠佳等，因此许多研究者通过添加碳酸钙、蒙脱土、玻璃纤维等无机填料或弹性体以改善PP的上述性能。各种无机填料中，滑石粉具有润滑、助流、柔软、吸附力强等优良物化特性，因此滑石粉对PP力学、耐热、流变、阻燃等性能的影响受到很多关注[1-2]。但由于PP与滑石粉等无机填料的相容性较差，一般需对无机填料进行表面改性。另外无机填料和弹性体的加入，还会造成PP加工流动性的降低，不利于加工。本研究采用硅烷偶联剂KH550对滑石粉进行表面改性，然后将改性滑石粉与丁苯热塑性弹性体(SBS)和PP共混，制备了不同滑石粉用量的PP/SBS/滑石粉三元复合材料(其中PP与SBS的比例固定为90/10，因为该配比的PP/SBS共混物具有较好的力学性能、耐热性能及流动性能[3])，并考察了滑石粉用量对PP/ SBS/滑石粉复合材料力学性能和流动性能的影响。
1 实验部分
1.1 原料
聚丙烯(PP)，T30S，中国石油天然气股份有限公司；
丁苯热塑性弹性体(SBS)，1401，中国石化公司；
，桂林临桂县玉燕滑石
，KH550，上海耀华化工厂。
，SHR-5A，南京杰亚挤出装备有限
31刘钰馨(1979—)，女，博士，副教授，主要从事高分子材料的加工与改性研究。liuyuxin889@https://www.wendangku.net/doc/6b13251525.html,
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PP/SBS/滑石粉三元复合材料性能研究
公司；
双螺杆挤出机，SHJ-20，南京杰亚挤出装备有限公司；
注塑成型机，HTF90W1，宁波海天塑机集团有限公司；
万能试验机，XWW-20，承德市金建检测仪器有限公司；
电子悬臂梁冲击试验机，XJUD-5.5，承德市金建检测仪器有限公司；
缺口制样机，XQZ-I ，承德市金建检测仪器有限公司；
熔体流动速率仪(MFR )，XNR-400，承德市金建检测仪器有限公司；
维卡软化温度测定仪，XRW-300，承德市金建检测仪器有限公司。
1.3 试样制备
将硅烷偶联剂KH550与丙酮按1:5的体积比混
合，然后将该混合液与滑石粉按一定配比(KH550/滑石粉=1/100)于高速混合机中混合10 min ，80℃下干燥3~5 h ，得到表面改性的滑石粉，备用。
将上述改性滑石粉(或未改性滑石粉)与PP 和SBS 按一定比例于高速混合机中混合(其中PP 与
SBS 的质量比固定为90/10，
滑石粉用量分别为0、10、20和30份)，然后加至双螺杆挤出机中进行挤出造粒(挤出机各段温度分别为210、200、220、230、225和220℃，
螺杆转速130 r/min )，得到不同滑石粉用量的PP/SBS/滑石粉复合材料粒料。将所得粒料于70℃干燥5 h 后，利用注塑成型机将其注塑
成标准测试样条(注射压力65~80 MPa ，机筒温度200~230℃)。
1.4 性能测试
拉伸性能按照GB/T 1040—2006进行测试，拉伸速率50 mm/min ；
冲击强度按照GB/T 16420—2006进行测试，V 形缺口、缺口宽度2 mm ；
弯曲性能按照GB/T 9341—2000进行测试，弯曲挠度6 mm 、跨距64 mm 、试验速度2 mm/min ；MFR 按照GB/T 3682—2000进行测定，
载荷2.16 kg 、
温度230℃、口模内径2.095 mm 。 2 结果与讨论
2.1 未改性滑石粉对PP/SBS/滑石粉复合材
料性能的影响
图1为滑石粉(未改性，下同)用量对PP/SBS/滑石粉复合材料弹性模量及拉伸强度的影响。由图1可以看出，
当滑石粉用量由0逐渐增加至30份时，PP/SBS/滑石粉复合材料的弹性模量和拉伸强度均明显下降，分别由滑石粉添加前的1 265.64 MPa 和31.94 MPa 逐渐下降至994.05 MPa 和24.56 MPa 。这是由于滑石粉属于无机刚性材料，其与PP/SBS 共混体系的两相界面亲和性不强，因此容易团聚，影响了其在体系中的均匀分散，进而使材料产生应力集中，导致材料弹性模量和拉伸强度下降。另外当滑石粉用量为10份时，PP/SBS/滑石粉复合材料保持了较高的弹性模量和拉伸强度，分别为1 239.82 MPa 和28.80 MPa 。
? /M P a
??/M P a
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▲▲图1 滑石粉用量对PP/SBS/滑石粉复合材料弹性模量及拉伸强
度的影响
Fig.1 Effect of talc content on elastic modulus and tensile strength of
PP/SBS/talc composites
图2为滑石粉用量对PP/SBS/滑石粉复合材料弯曲性能的影响。从图2可以看出，随着滑石粉用量的增加，PP/SBS/滑石粉复合材料的弯曲模量、弯曲强度、破坏应力及定挠度应力均呈先上升后下降趋势，且均在滑石粉用量为10份时达到最大值，分别为1 302.54、29.84、29.66和29.30 MPa 。这是由于当滑石粉用量较低时，由于滑石粉特殊的层状结构，其相邻的两层仅靠微弱的范德华力结合，而当滑石粉颗粒沿加工时的物料流动方向排列时，按最小阻力的原理，其排列基本呈片状，由小片连成大片，因此在特定方向上材料的刚度显著提高。但由于滑石粉没有经过表面改性处理，所以其与PP/SBS 体系的黏结性较差，当滑石粉用量过多时，易发生团聚现象，导致复合材料的弯曲性能下降[4]。
33
2016年1月 第44卷 第1期（总第285期）
PP/SBS/滑石粉三元复合材料性能研究
/M P a
??/M P a
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(a)
/M P a
? /M P a
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(b)
▲▲图2 滑石粉用量对PP/SBS/滑石粉复合材料弯曲性能的影响
Fig.2 Effect of talc content on bending properties of PP/SBS/talc
composites
图3为滑石粉用量对PP/SBS/滑石粉复合材料冲击强度的影响。从图3可以看出，随着滑石粉用量的增加，复合材料的冲击强度先增大后减小，且在滑石粉用量为10份时达到最大值(17.38 kJ/m 2)。这是由于当滑石粉用量较低时(10
份以下)，复合体系能够很好地吸收外界应力，同时滑石粉粒子可以阻碍裂纹在基体中的扩展，从而起到增韧作用；而当滑石粉用量较高时，其与基体界面的黏结性能下降，因此易出现黏结缺陷，使材料受冲击时产生较大的微裂纹和塑性变形，进而发展为宏观开裂，导致材料冲击强度下降[4]。
/(k J ·m -2)
━????/?
▲▲图3 滑石粉用量对PP/SBS/滑石粉复合材料冲击强度的影响
Fig.3 Effect of talc content on impact strength of PP/SBS/talc composites
图4为滑石粉用量对PP/SBS/滑石粉复合材料熔体流动速率MFR 的影响。从图4可以看出，随
着滑石粉用量的增加，复合材料的MFR 先增大后
减小，且在滑石粉用量为10份时达到最大值(3.0
g/10min )。这是由于滑石粉的结晶构造呈层状，易分裂成鳞片从而具有滑润性和助流性，但当其用量较大时，滑石粉粒子易发生团聚，进而使得复合材料熔体流动受阻，MFR 下降。
M F R /[g ·(10m i n )-1]
━????/?
▲▲图4 滑石粉用量对PP/SBS/滑石粉复合材料MFR 的影响
Fig.4 Effect of talc content on MFR of PP/SBS/talc composites
2.2 滑石粉改性前后复合材料性能的变化
利用硅烷偶联剂KH550对滑石粉表面进行改性，考察滑石粉改性前后PP/SBS/滑石粉复合材料性能的变化。
图5为滑石粉改性对PP/SBS/滑石粉复合材料拉伸强度的影响。由图5可以看出，随着滑石粉用量的增加，复合材料的拉伸强度均呈下降趋势。其中滑石粉改性后，PP/SBS/滑石粉复合材料的拉伸强度比滑石粉改性前明显提升。这是由于滑石粉属于无机刚性粒子，而利用硅烷偶联剂对其进行表面改性改善了滑石粉粒子与基体的界面结合，使得PP/SBS/滑石粉复合材料的拉伸强度比滑石粉改性前有所提升[5]。
? /M P a
━????/?
▲▲图5 滑石粉改性对PP/SBS/滑石粉复合材料拉伸强度的影响
Fig.5 Effect of talc modification on tensile strength of PP/SBS/talc
composites
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PP/SBS/滑石粉三元复合材料性能研究
图6为滑石粉改性对PP/SBS/滑石粉复合材料冲击强度的影响。由图6可以看出，添加了改性滑
石粉的复合体系，其冲击强度高于未改性滑石粉填充体系。而在滑石粉用量为10份时，改性滑石粉填
充体系的冲击强度亦达到最大值18.01 kJ/m 2，高于未改性滑石粉填充体系的17.38 kJ/m 2。这是由于滑石粉经硅烷偶联剂表面处理后，其与PP/SBS 体系的亲和力增强，能够很好地黏附在PP/SBS 基体上。当复合材料受力变形时，滑石粉粒子引发其周围的基体发生空穴化、银纹、剪切带等现象，使基体屈服时吸收大量变形功，进而产生增韧作用[6]。
/(k J ·m -2)
━????/?
▲▲图6 滑石粉改性对PP/SBS/滑石粉复合材料冲击强度的影响
Fig.6 Effect of talc modification on impact strength of PP/SBS/talc
composites
图7为滑石粉改性对PP/SBS/滑石粉复合材料MFR 的影响。由图7可知，
随着滑石粉用量的增加，复合体系的MFR 均先增大后减小。其中添加了改性滑石粉的复合体系，其MFR 比未改性滑石粉填充体系明显提高。而在滑石粉用量为10份时，改性滑石粉填充体系的冲击强度亦达到最大值(3.5 g/10min )，高于未改性滑石粉填充体系的3.0 g/10min 。这是由于采用硅烷偶联剂对滑石粉进行表面处理后，滑石粉在PP/SBS 基体中的分散更加均匀，流动阻力减小，从而提高了填充复合材料的润滑性和流动性。
M F R /[g ·(10m i n )-1]
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▲▲图7 滑石粉改性对PP/SBS/滑石粉复合材料MFR 的影响
Fig.7 Effect of talc modification on MFR of PP/SBS/talc composites
3 结论
(1)随着滑石粉用量的增加，PP/SBS/滑石粉复合材料的弹性模量和拉伸强度均呈下降趋势，而弯曲性能、冲击强度和熔体流动速率则均呈先升后降趋势，且均在滑石粉用量为10份时达到最大值。
(2)滑石粉经硅烷偶联剂表面改性后，所得PP/
SBS/滑石粉复合材料的拉伸强度、冲击强度和熔体流动速率比滑石粉改性前均有所提升。
参考文献：
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