低熔点双组分合金填充聚烯烃结晶性能研究

Modern Plastics Processing and Applications第16卷第4期低熔点双组分合金填充聚烯烃结晶性能研究孙义明孟庆浩彭少贤杨宇红刘伟(湖北工业大学化工系,武汉,430068)摘要:利用广角X射线衍射分析仪对低熔点金属及合金填充聚合物材料体系的结晶行为进行了研究,试验结果表明,少量的金属提高了树脂的结晶度,大量的金属加人破坏聚合物的结晶,极性聚合物阻碍合金结晶;较高的成型加工温度有利于体系的结晶性能的提高;第3组分加入使体系的结晶度减少、韧性变好关键词:低熔点金属合金金属填料聚合物广角X射线衍射结晶性低熔点金属及合金相对于刚性填料具有许多的优点,本试验利用广角Ⅹ射线衍射仪,讨论低熔点金属及合金填充聚合物材料体系中的高密度聚乙烯(HDPE)结晶性能的变化,树脂极性、加工温度对结晶性的影响和第3组分对结晶行为的影响。试验部分1原料HDPE,7000F,日本三井石油化学工业公司;聚丙烯(PP),0721,韩国三星综合开发公司;聚氯乙烯(PVC),S1000,齐鲁石化公司;Bi与Pb(质量比56.5:43.5)混配的第3组分30行射角2(°)1.2广角X衍射仪(WAXD)分析图1金属填充HDPE的X衍射曲线将样品(如未说明,合金填充质量分数为40%)注:ab,e,d,e金属填充质量分数依次为0,20%,40%,80%,91%置于载玻片上,加热,待树脂熔化,然后在最大结晶速度温度Tm处保温数分钟,取出,自然冷却至室温。仪器: Rigaku3015Ⅹ一射线衍射仪,CuKa靶,Ni滤波,电压35kV,25mA。2试验结果与讨沦2.1HDPE的结晶性能的变化2.1.1树脂X衍射特征峰的变化1214t6182024衍射角20/°)金属填充HDPE的X衍射曲线见图1,金属填图2金属填充PP的X衍射曲线充PP的X衍射曲线见图2注:a,b分别表示金属填充质量分数为0和40%图1、图2上可以看到,随着金属填充量的增2.1.2金属填充量对HDE结晶度的影响加,聚合物基体无论是PP还是HDPE,其峰强迅速通过剪纸称重法测量HDPE结晶度,测试结果衰减。这是由下面的2个原因造成:(1)随着金属的期:2004-03-19。加人,对树脂的结晶起到了破坏的作用,使结晶度大中国煤化工工系副教授,主要从事幅度下降;(2)随着金属填充量的增加,单位体积内高分CNMHG树脂的含量迅速减少,引起峰强度的衰减。国冢目然样字基筮坝日,坝目漏号z44013孙义明等.低熔点双组分合金填充聚烯烃结晶性能研究见表1。后,分子链段的取向排列受到金属限制,金属开始对表1金属填充量对HDPE结晶度的影响树脂的结晶起阻碍作用,使树脂的结晶度下降,其充金属质量树脂晶区树脂非晶区结品量越大对树脂结晶的破坏作用越大分数,%质量/mg质量/mg2.2树脂极性对结晶性能的影响55.59由图3看出,非极性的HDPE使金属结晶峰更23.11.8865.80尖锐,强度更高,结晶峰多;极性PVC中,峰主要在28.45°,31.66°和35.55°处,经计算,金属的晶面间由表1可知,在填充量较小时,金属的加入使距较HDPE中大幅度减小,微晶尺寸减小更大。说HDPE基体的结晶度增加,但是过多的金属对其结明极性的PVC体系较非极性的HDPE对结晶的阻晶有一定的阻碍作用,当填充质量分数为80%,树碍作用更大,并且使金属的晶型产生了很大的变化脂的结晶基本上被破坏。少量的金属的加入,起到了成核剂的作用,促进了树脂晶体的生成,但如果金属的填充量太大时,则对HDPE的结晶起了极大的破坏作用。2.1.3金属对HDPE晶面间距的影响金属对HDPE晶面间距影响结果见表2。表2金属填充量对HDPE球晶的晶面间距的影响金属质量晶面方向(110)晶面方向(200)分数%20()B/md/mmlh/m2/()B/nmd/mlh/m021.250.584.175164.9623.620.753.7634124.762021.250.604.1775158.7623.620.743.7634126.574021.450.394.1390268.3323.700.463.7509217.738021.480.454.1333216.8923.720.353.7478314.02射角28/°)图3树脂极性对X衍射曲线的影响注:26为衍射角,B为半高宽,d为品面间距,LM微晶尺寸由表2可知,当金属填充质量分数为20%时,2.3加工温度对填充体系结晶的影响HDFE的(110)和(200)面的晶面间距基本没有变2.3.1X衍射特征峰的变化化,填充质量分数达到40%时,晶面间距明显变小见图4,从峰形来看,对于HDPE基体,加工温(110)面和(200)面变化程度不同。而且金属填充对度为190℃和155℃的峰形相近,但190℃时的峰更(110)晶面和(200)晶面的影响是不同的,在这个体尖锐,说明190℃加工温度的HDPE结晶更均匀。系里,对(110)晶面的影响更大,其下降幅度为(200)的2.8倍。说明少量的金属填充,对聚合物的晶面间距影响不大,大填充量能够显著地使晶面间距变小。2.1.4金属对HDPE的微晶尺寸的影响由表2同样当填充质量分数不大于20%,微晶尺寸变化不大,填充质量分数达到40%以后HDPE的微晶尺寸明显变大,而(200)晶面的变化又较(110)晶面更为显著。少量金属的加入,对树脂的微晶尺寸基本上没有影响,而较大的填充量使晶粒尺寸显著变大。行射角2/综合来看,少量的金属成为树脂结晶的临界晶图4加工温度对体系X衍射曲线的影响核,使更多的大分子链按折叠生长机理沉积到初级中国煤化工晶核上面,对树脂的结晶起促进作用,结晶度提高,2CNMHG结晶发展得更完善。但是当金属的填充达到一定量阳间距均较155℃体现代塑料加工应用第16卷第4期系有所减小2.42第3组分对树脂晶面间距的影响2.3.3微晶尺寸的变化b的晶面间距比a的小,对于b体系,第3组分190℃体系中,晶体的尺寸均较155℃体系里的的配方使树脂晶面间距变小要大2.4.3第3组分对树脂微晶尺寸的影响总之,较高的加工温度使晶体长大,结晶发育完对于树脂,第3组分的加入,无论其配比如何善;较低的加工温度体系的晶体发育不好。这是因均使树脂的微晶尺寸变小为较低的加工温度时,基体的粘度较大,金属形成较第3组分的加入,在金属与树脂的两相之间存大的颗粒,阻碍了HDPE链段的运动,限制了在一定“桥粱”作用,增强了两相间的相互作用力,更HDPE的结晶能力,使HDPE结晶晶片很薄,发育多地削弱了树脂的结晶性和独立能力,使树脂的结不完善。晶度下降2。另外,最佳第3组分配方能较好地将2.4第3组分对填充体系结晶性能的影响金属颗粒包裹起来,从而阻开了树脂对金属结晶的2.41第3组分对材料衍射峰的影响干扰,使金属自身的结晶能力得到恢复见图5,a的峰强,峰多,峰尖锐,33.13°,29.15°,30.60°处的峰在b中已经消失,说明第3组3结论份的加入对材料的晶型发生了转变。a)少量的金属提高了树脂的结晶度,大量的金属加入破坏聚合物的结晶,使晶面间距变小,微晶尺寸变大。b)极性聚合物对金属结晶的阻碍作用较大c)较高的成型加工温度有利于体系的结晶性能的提高。d)第3组分加入使体系的结晶度减少参考文献situ compositions: blends of isotropic polymer如34thermoropic liquid crystalline polymer polym. Engin Sci, 1987, 2衍射角2/°)图5第3组分对体系X衍射曲线的影响2左榘,张邦华. HPB-b-PMMA增容PVC/PE共混物球晶和结晶注:a,b分别为未加和加第3组分最佳配方行为研究.高分子材料科学与工程,196,12(2):72STUDY ON CRYSTALLIZATION PROPERTYOF POLYOLEFIN FILLED WITH LOW MELTING POINT METALSSun Yiming Meng Qinghao Peng Shaoxian Yang Yuhong Liu WeiChemistry Department of Hubei Polytechnic University, Wuhan, 430068)ABSTRACTThe crystallization property of polymer matrix filled with low melting metals and alloy was studied bywide-angle X-ray diffraction. The results suggest that polymer crystallization degree is promoted with lowaddition of metal filling. The polymer crystallization is breached with high addition of filling. the alloycrystallization is impeded by polar polymer. High processing temperature is helpful for the system crystallization proporty. The additive breachs the system crystallization, brings lower crystallization degree andhigher toughness.Keywords: low melt point metal; alloy metallic fill中国煤化工 diffractiontallization propertyHCNMHG