氢氧化铝填充聚烯烃复合材料拉伸体积膨胀的研究

第32卷第2期塑料工业2004年2月CHINA PLASTICS INDUSTRY氢氧化铝填充聚烯烃复合材料拉伸体积膨胀的研究王勇,仲含芳,江平开,韦平上海交通大学化学化工学院,上海200240)摘要∶利用液体静力平衡法测量了复合材料的拉伸体积膨胀率并以SEM表征了材料的结构。研究发现复合材料的拉伸体积膨胀率与材料中所填充的填料体积分数成正比,其拉伸体积膨胀因孑则与基体与填料的相容性有关。关键词∶拉伸体积膨胀率;银纹现象;脱湿效应;聚烯烃;氧化铝(ATH)中图分类号:mQ325.1文献标识码:B文章编号:1005-5770004.2-0041-02Study on Dilatation of Aluminum Hydroxide Filled Polyolefin Composite under TensionWANG Yong, ZHONG Han-fang, JIANG Ping-kai, WEI PingSchool of Chemistry and Chemical Technology Shanghai Jiaotong University Shanghai 200240, China)Abstract The dilatation of polyolefin composites filled with aluminum hydroxide after tensile tests was studiedby using gravimetric buoyancy technique. It was found that the volume dilatation ratio of the composites was propor-tional to the content of the filler loaded in the composite and the tensile volume dilatation factor of the compositeswas relative to the compatibility of the matrix with the fillerKeywords: Volume Dilatation Ratio Craze Dewetting Polyolefin Aluminum Hydroxide无机刚性粒子填充的聚合物在拉伸时往往产生基机: INSTRON4465,英国 INSTRON公司;扫描电子体与粒子表面的脱湿及在基体中产生银纹1-5。脱湿显微镜:HACH-S-2150,日本 HITACH公司;电子效应使填充剂和基体之间的粘附破坏,材料的模量下天平:MD1-2,上海天平仪器厂。降。同时也产生空穴,使试件膨胀2-4银纹是由高1.3材料的制备度取向的银纹微纤和空洞组成的。脱湿与银纹都会导将ATH与基体材料按一定的比例加入到Hake致材料的体积膨胀,其大小可以通过材料拉伸前后体转矩流变仪中进行密炼,各区的温度均为165℃,转积的变化来测量6本文定量研究了氢氧化铝填充的速为60r/s,时间为10min。然后将密炼所得到的产聚烯烃材料拉伸后的脱湿效应及银纹现象所造成的材物放入平板硫化仪中压片,制成厚度为1m的薄片料体积膨胀,观察了复合材料形态。分析了对复合材再冲击成哑铃片测试力学性能。料拉伸体积膨胀率影响的因素。1.4测试方法实验部分组分的体积分数:假设:1)基体的密度与纯聚1.1原材料烯烃的密度相同;2)氢氧化铝的表观密度与氢氧化IDPE:MFR为2g/10min,密度0.925g/cm铝与基体之间相容性有关;3)基体相同的条件下沙特阿拉伯;氢氧化铝(ATH):粒径1.,2m,比表氢氧化铝的表观密度为定值。使用液体静力平衡法4面为6m2/g,密度为2.6g/cm3,首立企业〔香港)来测试复合材料中基体与填料的体积分数。有限公司;乙烯-醋酸乙烯酯(EVA):MFR为2g/10拉伸体积膨胀率的测定:由于复合材料拉伸过程中会产生银纹及空穴,导致材料的密度减小,体积膨mnin,密度0.953g/cm3,三星综合化工12实验设备及仪器重dH胀。而中国煤化工专征银纹及空穴产生的CNMH(V有转矩流变仪: HAAKE RC90,德国 HAAKE公司V1-V1/P1-1/Po平板硫化仪:αB-D,湖州橡胶机械厂;电子拉力I/Po联系人(021)54742896作者数勇,男,硕土研究生,主要从事高分子材料领域的改性研究。i(@cd,cm42塑料工业又故P乙醇m1(2)式中,V表示材料的拉伸体积膨胀率;m、m2分别为材料在空气中的质量和材料在无水乙醇中的质量mo、m1分别为拉伸前、后材料在空气中的质量ma、m12分别为拉伸前、后材料在无水乙醇中的质量;P。和P1分别代表材料拉伸前和拉伸之后的密度。由此可根据体积膨胀率计算公式(3)用液体静a-AIH相对质量b-ATH相对质量分数为12%分数为56.25%力平衡法测量材料体积膨胀率的大小图2PE/ATH复合体系脆断断面形貌2结果与讨论Fig 2 SEM photographs of fractured surfaces of2.1ATH体积分数对材料拉伸体积膨胀率的影响fractured surfaces of pe/ath采用液体静力平衡法测量了复合材料的拉伸体积膨胀率。将测得的拉伸体积膨胀率对AIH体积分数作图,如图1所示。由图可看出,在两个体系中,拉伸体积膨胀率与ATH体积分数之间均成正比。ATH体积分数/%0.3EVA/ATH体系投0.1-ATH相对质量b-ATH相对质量PE/ATH体系分数为16.09%分数为78.57%图3 EVAZATH复合体系脆断断面形貌ATH体积分数/%Fig 3 SEM photographs of fractured surfaces of EVA/ATH图1ATH体积分数与材料拉伸体积膨胀率之间的关系Fig 1 Relationship between content of ATH and volume dilatatio3结论of composite after strain1)复合材料在拉伸之后的体积膨胀率与ATH的PE/ATH体系中:V=3.05007重填充量成正比。而比例的大小同样也与材料与基体之EVA/ATH体系中:V=1.6008①间的相容性有关。在相容性好的体系中比例较小,而式中,V代表拉伸体积膨胀率,%;φ代表材料中在相容性差的体系中比例要大。ATH的体积分数,%。由上述实验结果我们认为,复2)在A'H填充的聚烯烃体系中填料与基体间存合材料的体积膨胀率V与AmH体积分数成正比,在空隙。空隙的大小与两者的相容性有关。在相容性其比例系数的大小与基体与填料之间的相容性有关。好的体系中空隙小,在相容性差的体系中空隙较大。既:V=式中,C为膨胀因子。参考文献2.2复合材料脆断电镜照片1 Farris R J. J Appl Polym Sci, 1964, 8)复合材料脆断照片如下图2、3所示。从图中可Nielsen e.高分子和复合材料力学性能.北京:轻工业出以看出,在PE/ATH复合体系中填料与基体之间并没版社,1981.3003有紧密的结合,存在很多微小的孔洞。而EVA则与ATH结合得较为紧密,在电镜照片中没有看到明显chPolym Sci,1964,(8):25中国煤化工CNMHG材料科学与工程,2002的分离。由于小的孔洞会导致材料密度的降低,因此18(4):41AT的表观密度在PE/ATH体系中要比在 EVAZATH6廉育英.密度测量技术.北京:机械工业出版社,1982.76体系中小。这与我们表观密度的结果是一致的。(本文于2003-11-14收到)