聚丙烯-碳酸钙复合材料的制备及粘弹性与细观力学分析

摘要

本文从力学理论的角度系统地探讨了所制备的聚丙烯/碳酸钙复合材料力学性能影响的两个因素：基于聚丙烯/聚丙烯接枝马来酸酐/碳酸钙复合材料的同一组分复合材料在不同测试速率下的力学行为的变化；基于聚丙烯/多乙烯多胺接枝聚十二羟基硬脂酸超分散剂/碳酸钙复合材料的同一测试条件下碳酸钙含量对复合材料性能的影响。力学分析方法则推广相应的粘弹性力学与细观力学方法，以适应工程实际。

在同一组分复合材料力学行为随不同测试速率变化的讨论中：(1) 实验里，通过优选法得到优化的复合材料，其配方为57.55wt%聚丙烯、35.56wt%碳酸钙、6.60wt%聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)、0.29wt% 1010抗氧化剂。(2) 理论上，对粘弹性本构方程进行推广以适应几何非线性模拟的需要，分别建立平均真应力平均真应变与名义应力名义应变之间的关系，以及均匀化的本构方程。进而分别与单轴拉伸和三点弯曲的测试条件相结合，建立单轴拉伸与三点弯曲模型。(3) 给出材料常数随测试速率变化的参数化的表达式，分析方法与实验结果符合良好，解释了聚丙烯/碳酸钙复合材料应力应变曲线是由于拉伸应力增加与应力松弛减小之间相互竞争的结果。

在同一测试条件下碳酸钙含量对复合材料性能影响的讨论中：(1) 实验里，为了拓宽碳酸钙含量的讨论区间，以及制备高填充量复合材料的目的，因此设计并合成多乙烯多胺接枝聚十二羟基硬脂酸超分散剂(PEPA-g-PHS)。其用量为碳酸钙含量的5wt%即可改善碳酸钙的分散性，制备碳酸钙质量分数可达70%的复合材料。(2) 理论上，利用自洽方法与微分自洽方法的结合，找到一个独立于填料含量的不变张量，给出各向异性通解。并进一步对解进行各向同性简化和验证以满足实验讨论的需要。联合自洽方法与Mori-Tanaka方法有密切的联系，侧面显示联合方法的理论意义。(3) 给出材料常数随填料含量变化的表达式，分析方法与实验结果符合良好，说明了联合自洽方法对不规则填料复合材料性能估计的有效性。

关键词：聚丙烯/碳酸钙复合材料，超分散剂，粘弹性，几何非线性，自洽方法

I

万方数据