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PP纳米硫酸钡复合材料的性能研究 【摘 要】通过熔融共混的方法制备了聚丙烯（ PP） / 纳米硫酸钡（nano-BaSO4）复合材料，测试了该复合材料的 力学性能，并用差示扫描量热法（ DSC）对复合材料的结晶 行为进行了研究。研究结果表明，纳米硫酸钡的添加可在一 定程度上提高PP的力学性能，并且对PP的结晶有一定的促 进作用。 【关键词】聚丙烯；纳米硫酸钡；力学性能；结晶行为 聚丙烯（PP）是一种工业产量较大的聚合物，它具有质 轻、易于加工、化学稳定性良好等优点，在电子产品、汽车 零件、包装材料等领域的应用十分广泛。但 PP的耐候性和 低温韧性不高，使其在某些方面的应用受到了限制。对 PP 的性能进行改进一直是一个重要的课题。利用纳米粒子对聚 合物进行改性是聚合物的性能改进是制备某些高性能聚合 物材料的有效手段 [1] 。纳米粒子由于其粒度很小和比表面积 大而具有小尺寸效应和量子效应等，可对一些聚合物材料的 性能有提升作用 [2-3] 。纳米硫酸钡改性 PP 材料的性能研究 却鲜见报道。本文研究了纳米硫酸钡含量对 PP/纳米硫酸钡 复合材料的力学性能和结晶行为的影响。 实验部分 主要原料 PP: Z30S-2，抚顺乙烯化工有限公司；纳米硫酸钡：平 均粒径约50nm，上海亮江化工公司。 主要设备 双螺杆挤出机，SHJ-20B，南京海思挤出设备有限公司； 注塑机， HTB-80 ，宁波海天机械有限公司；冲击试验机， XJJ-5，河北承德实验机有限公司； 电子拉力试验机：RGD-5， 深圳瑞格尔有限公司； DSC 热分析仪， TGA-DSC1 ，瑞士梅 特勒公司。 样品制备 将 PP 与纳米硫酸钡按重量比 99/1、 92/2、 93/3、 94/4、 95/5 的比例混合均匀，在双螺杆挤出机上熔融共混挤出造粒 制得PP/纳米硫酸钡复合材料。共混粒料干燥后，在注塑机 上注射成型成标准测试用样条。 测试与表征 力学性能测试：按 GB1043-93 进行冲击试验；按 GB/T1040-90 进行拉伸试验； 按 GB/T9341-88 进行弯曲试验。 DSC测试：先快速升温至 200C,再恒温5min以消除热历 史，再在10 C /min的降温速率下纪录 DSC曲线。 结果与讨论 2.1 复合材料的力学性能 PP/纳米硫酸钡复合材料的拉伸强度受纳米硫酸钡的含 量的影响如图 1 所示。由图 1 的结果可知，当纳米硫酸钡的 含量增大时，PP/纳米硫酸钡复合材料的拉伸强度先是增大， 而后有所减小。这主要是因为纳米硫酸钡是一种强度较高的 无机填料，在复合材料中可以起到承载的作用，从而在复合 材料中产生一定的增强作用。但当纳米硫酸钡的含量过高 （超过 4%）时，因纳米硫酸钡在复合体系中的团聚现象变 多，致使其与 PP 基体界面的缺陷变多而使复合材料变得容 易断裂，因此复合材料的拉伸强度在纳米硫酸钡的含量过高 时有所减小。 PP/纳米硫酸钡复合材料的冲击强度纳米硫酸钡的含量 的影响如图 2 所示。由图 2 的结果可知，当复合材料中纳米 硫酸钡的含量增大时，PP/纳米硫酸钡复合材料的冲击强度增 大，而后有所减小。这主要是因为纳米硫酸钡的强度较高， 在复合材料受剪切力作用时也可以阻碍微裂纹的扩展，从而 使复合材料的冲击强度增加。但当纳米硫酸钡用量超过 3% 时，纳米硫酸钡粒子之间的间距变小而出现团聚现象，使得 裂纹易于合并而扩大扩展，从而使复合材料体系的冲击强度 又有所减小。 图1纳米硫酸钡含量对PP/纳米硫酸钡复合材料的拉伸 强度影响 图2纳米硫酸钡含量对PP/纳米硫酸钡复合材料冲击强 度的影响 PP/纳米硫酸钡复合材料的弯曲强度纳米硫酸钡的含量 的影响如图 3 所示。由图 3 的结果可知，当复合材料中纳米 硫酸钡的含量增大时，PP/纳米硫酸钡复合材料的弯曲强度基 本上呈逐渐增大的趋势。这主要是因为纳米硫酸钡作为一种 无机填料具有较好的刚度，添加到 PP/纳米硫酸钡复合材料 体系中能提高复合材料的刚硬度的缘故。 图3纳米硫酸钡含量对 PP/纳米硫酸钡复合材料弯曲强 度的影响 综上所述，PP/纳米硫酸钡复合材料中纳米硫酸钡的含量 为3%?4%时，复合材料具有较好的综合力学性能。 （下转第 162 页） （上接第 11 页） 2.2 复合材料的结晶行为 PP/纳米硫酸钡复合材料的结晶特性通过 DSC曲线来进 行研究，图4为纯PP和PP/纳米硫酸钡复合材料在 10 C /min 的降温速率下测试的 DSC结晶曲线。从DSC图中得到的PP/ 纳米硫酸钡复合材料的结晶温度（ Tc）、熔融热焓（△ Hm） 和结晶度（Xc）列于表1中。使用的完全结晶 PP热焓为已 报道的209J/g[4]。由图4中的DSC降温曲线和表1中的数 据可知，纳米硫酸钡的提高了复合材料的