稀土偶聯(lián)劑對云母體系性能的影響介紹

發(fā)布時間:2011-06-07 來源: 環(huán)球塑化網(wǎng) 專題: 塑料助劑 打印

    云母是一種高形態(tài)化的薄片狀硅酸鋁礦物,其彈性模量高、硬度低、電氣性能好,制品撓曲率低。用云母增強的PP(MRP)的剛性、強度都較PP高;且耐熱性、抗撓曲性、尺寸穩(wěn)定性以及電絕緣性等均明顯改善,綜合性能基本達到工程塑料水平,且成本較低。盡管MRP有很多優(yōu)點,但云母畢竟是一種無機物,與PP相容性差,填充量高時難以分散均勻;且與PP基體間的相互作用弱,常導(dǎo)致材料的沖擊強度及加工流動性能急劇下降。因此需對云母進行預(yù)處理,處理劑常用硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯類偶聯(lián)劑,本工作自制了一種以稀土有機配合物為主體的偶聯(lián)劑(REC),考察了其對PP/云母的加工及力學(xué)性能的影響;同時,鑒于MRP材料一般需長期在暴露條件下使用,耐老化性能非常重要,因而對云母及稀土偶聯(lián)劑對復(fù)合材料老化性能的影響進行了研究。

1 實驗部分

1.1 原料PP:F401,廣州石化總廠,MFR為2 5g/10min,密度0 91g/cm3;云母粉:密度2 78g/cm3,粒徑400目,廣州天泰實業(yè)公司;稀土偶聯(lián)劑:自制,La(III)與多元羧酸衍生物及其它配體形成的三元混配型配合物與約6%硬脂酸鈣形成的復(fù)合物。

1.2 云母的表面處理經(jīng)120℃10h后,于高速混合器中與稀土偶聯(lián)劑REC,在85℃下高速攪拌10min,即可;不加REC的云母也經(jīng)同樣烘干、攪拌過程。

1.3 主要設(shè)備及儀器雙輥開煉機:XKR-160A,湛江機械廠;平板硫化機:QLB-D,湖州橡膠機械廠;熔體流動速率儀:,μPXRZ 400型,吉林大學(xué)科教儀器廠;旋轉(zhuǎn)粘度計:NDJ-1型,上海天平儀器廠。

1.4 PP/云母樣品的制備PP在雙輥開煉機上于170℃塑化后,加入云母,混煉均勻后下片;于190℃平板硫化機上壓制成1mm、4mm厚的片。

1.5 性能測試拉伸強度:按GB/T1040-1983測試;Izod缺口沖擊強度:按GB/T1043-1983測試;光氧老化性能:按GB/T3631-1983,通過自然曝露老化試驗進行評價,均采用拉伸樣條,測定不同老化時間下拉伸強度的保留率(不同老化時間樣品拉伸強度與初始值之比);熔體質(zhì)量流動速率:按GB/T3682-1983測定;處理及未經(jīng)處理的云母以不同比例加入液體石蠟中,攪拌形成懸浮液,用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)粘度計測其表觀粘度。

2 結(jié)果與討論

2.1?。遥牛脤Γ校?云母體系流動性能的影響



  表1為稀土偶聯(lián)劑對PP/云母復(fù)合體系MFR的影響,從表1可看出,在添加量不超過50%(質(zhì)量)時,未經(jīng)處理云母的加入均引起復(fù)合體系MFR的降低,且MFR隨粒子加入量的增加而降低;REC處理后復(fù)合體系的流動性都有明顯改善,MFR的明顯增加證明REC確實改善了無機粒子在基體中的分散性及與基體之間的相容性。

2.2?。遥牛脤Γ校?云母體系力學(xué)性能的影響圖1、2為偶聯(lián)劑和云母用量與復(fù)合體系力學(xué)性能的關(guān)系,從圖2可以看出,未經(jīng)處理的云母填充體系,當填充量較大(超過10%)時,隨著云母用量增加,體系的Izod缺口沖擊強度呈下降趨勢,且明顯低于PP的沖擊強度;當云母用量為50%時,Izod缺口沖擊強度約為PP的70%;而用REC處理過的云母填充體系,在填充量0~15%范圍內(nèi),Izod缺口沖擊強度均高于純PP,顯示出良好的無機粒子增韌作用。



從圖1可以看出,隨著云母填充量的增大,體系的拉伸強度下降,這也符合一般規(guī)律。特別是在高填充情況下,經(jīng)REC處理過的體系,拉伸強度下降幅度不大??梢?就力學(xué)性能而言,REC是一種較好的改性劑。

2.3 REC對分散性的影響利用液體石蠟“模擬”PP熔體,通過測定液體石蠟/云母懸浮體系的粘度,來評價云母經(jīng)REC處理前后與PP的相容性及在PP中分散性的變化。用不同比例的偶聯(lián)劑REC對云母進行表面處理,云母/液體石蠟混合體系的表觀粘度與REC用量間的關(guān)系如圖3示,在一定的配比云母/液體石蠟質(zhì)量比為35/100)下,隨著REC用量的增加,混合體系的粘度迅速下降;說明REC對云母有很好的改性效果。云母是表面能很高的極性物質(zhì),不易在非極性介質(zhì)中分散,因而未經(jīng)處理的云母/液體石蠟體系的表觀粘度很大,靜置時極易凝聚;REC是兩親結(jié)構(gòu)的稀土金屬有機化合物,親水端可與云母作用,而疏水端朝外在其表面形成親油性的改性劑層,因而使云母在液體石蠟中表現(xiàn)出良好的分散性,體系的粘度因而大大降低,長時間放置時只發(fā)生沉降而不出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象。當REC用量為1.5%左右時,體系粘度發(fā)生突變,迅速減小;超過此值后,繼續(xù)增加REC用量,體系粘度下降變緩并趨于穩(wěn)定。其原因可能是在1.5%左右,偶聯(lián)劑在云母表面恰好形成單分子層;根據(jù)偶聯(lián)劑作用的單分子層理論,在填粒表面形成單分子層即能達到表面改性作用,更多用量對全面改善性能無明顯作用。未經(jīng)處理的云母和用1.5%、5.0%的REC處理過的云母與液體石蠟的混合物,其粘度隨云母用量的變化情況如圖4。未經(jīng)處理的云母/液體石蠟體系,粘度隨云母用量的增加上升很快,當配比為10/100(質(zhì)量)左右時,表觀粘度急劇增加;而經(jīng)REC處理體系,當配比接近30~40/100(質(zhì)量)時,粘度才發(fā)生突變,可見,REC對云母的表面改性作用是非常顯著的。

2.4 REC對PP/云母體系老化性能的影響自然爆曬試驗中,不同體系老化一定時間后拉伸強度與初始拉伸強度之比(即拉伸強度的保留率)隨老化時間的變化情況如圖5,由圖5可以看出,隨著老化時間的延長,體系的拉伸強度降低;與未處理的云母相比,用REC處理的體系的耐光氧老化性能有進一步劣化的趨勢,但這種趨勢并不明顯,不影響其在本體系中的應(yīng)用。



3 結(jié)論
  1)填料未經(jīng)改性的體系力學(xué)性能及流動性能差,用稀土偶聯(lián)劑對填料進行表面處理后,體系沖擊強度與純PP相當,流動性能優(yōu)異。2)云母加入后,對PP/云母體系的光氧老化過程影響不大,稀土偶聯(lián)劑的加入對體系的光氧老化過程也無明顯影響。3)通過PP/云母體系流動性能、力學(xué)性能的研究,證明稀土偶聯(lián)劑對云母有顯著的改性作用。


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