低熔點(diǎn)雙組分合金填充聚烯烴結晶性能研究

Modern Plastics Processing and Applications第16卷第4期低熔點(diǎn)雙組分合金填充聚烯烴結晶性能研究孫義明孟慶浩彭少賢楊宇紅劉偉(湖北工業(yè)大學(xué)化工系,武漢,430068)摘要:利用廣角X射線(xiàn)衍射分析儀對低熔點(diǎn)金屬及合金填充聚合物材料體系的結晶行為進(jìn)行了研究,試驗結果表明,少量的金屬提高了樹(shù)脂的結晶度,大量的金屬加人破壞聚合物的結晶,極性聚合物阻礙合金結晶;較高的成型加工溫度有利于體系的結晶性能的提高;第3組分加入使體系的結晶度減少、韌性變好關(guān)鍵詞:低熔點(diǎn)金屬合金金屬填料聚合物廣角X射線(xiàn)衍射結晶性低熔點(diǎn)金屬及合金相對于剛性填料具有許多的優(yōu)點(diǎn),本試驗利用廣角Ⅹ射線(xiàn)衍射儀,討論低熔點(diǎn)金屬及合金填充聚合物材料體系中的高密度聚乙烯(HDPE)結晶性能的變化,樹(shù)脂極性、加工溫度對結晶性的影響和第3組分對結晶行為的影響。試驗部分1原料HDPE,7000F,日本三井石油化學(xué)工業(yè)公司;聚丙烯(PP),0721,韓國三星綜合開(kāi)發(fā)公司;聚氯乙烯(PVC),S1000,齊魯石化公司;Bi與Pb(質(zhì)量比56.5:43.5)混配的第3組分30行射角2(°)1.2廣角X衍射儀(WAXD)分析圖1金屬填充HDPE的X衍射曲線(xiàn)將樣品(如未說(shuō)明,合金填充質(zhì)量分數為40%)注:ab,e,d,e金屬填充質(zhì)量分數依次為0,20%,40%,80%,91%置于載玻片上,加熱,待樹(shù)脂熔化,然后在最大結晶速度溫度Tm處保溫數分鐘,取出,自然冷卻至室溫。儀器: Rigaku3015Ⅹ一射線(xiàn)衍射儀,CuKa靶,Ni濾波,電壓35kV,25mA。2試驗結果與討淪2.1HDPE的結晶性能的變化2.1.1樹(shù)脂X衍射特征峰的變化1214t6182024衍射角20/°)金屬填充HDPE的X衍射曲線(xiàn)見(jiàn)圖1,金屬填圖2金屬填充PP的X衍射曲線(xiàn)充PP的X衍射曲線(xiàn)見(jiàn)圖2注:a,b分別表示金屬填充質(zhì)量分數為0和40%圖1、圖2上可以看到,隨著(zhù)金屬填充量的增2.1.2金屬填充量對HDE結晶度的影響加,聚合物基體無(wú)論是PP還是HDPE,其峰強迅速通過(guò)剪紙稱(chēng)重法測量HDPE結晶度,測試結果衰減。這是由下面的2個(gè)原因造成:(1)隨著(zhù)金屬的期:2004-03-19。加人,對樹(shù)脂的結晶起到了破壞的作用,使結晶度大中國煤化工工系副教授,主要從事幅度下降;(2)隨著(zhù)金屬填充量的增加,單位體積內高分CNMHG樹(shù)脂的含量迅速減少,引起峰強度的衰減。國冢目然樣字基筮壩日,壩目漏號z44013孫義明等.低熔點(diǎn)雙組分合金填充聚烯烴結晶性能研究見(jiàn)表1。后,分子鏈段的取向排列受到金屬限制,金屬開(kāi)始對表1金屬填充量對HDPE結晶度的影響樹(shù)脂的結晶起阻礙作用,使樹(shù)脂的結晶度下降,其充金屬質(zhì)量樹(shù)脂晶區樹(shù)脂非晶區結品量越大對樹(shù)脂結晶的破壞作用越大分數,%質(zhì)量/mg質(zhì)量/mg2.2樹(shù)脂極性對結晶性能的影響55.59由圖3看出,非極性的HDPE使金屬結晶峰更23.11.8865.80尖銳,強度更高,結晶峰多;極性PVC中,峰主要在28.45°,31.66°和35.55°處,經(jīng)計算,金屬的晶面間由表1可知,在填充量較小時(shí),金屬的加入使距較HDPE中大幅度減小,微晶尺寸減小更大。說(shuō)HDPE基體的結晶度增加,但是過(guò)多的金屬對其結明極性的PVC體系較非極性的HDPE對結晶的阻晶有一定的阻礙作用,當填充質(zhì)量分數為80%,樹(shù)礙作用更大,并且使金屬的晶型產(chǎn)生了很大的變化脂的結晶基本上被破壞。少量的金屬的加入,起到了成核劑的作用,促進(jìn)了樹(shù)脂晶體的生成,但如果金屬的填充量太大時(shí),則對HDPE的結晶起了極大的破壞作用。2.1.3金屬對HDPE晶面間距的影響金屬對HDPE晶面間距影響結果見(jiàn)表2。表2金屬填充量對HDPE球晶的晶面間距的影響金屬質(zhì)量晶面方向(110)晶面方向(200)分數%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/°)圖3樹(shù)脂極性對X衍射曲線(xiàn)的影響注:26為衍射角,B為半高寬,d為品面間距,LM微晶尺寸由表2可知,當金屬填充質(zhì)量分數為20%時(shí),2.3加工溫度對填充體系結晶的影響HDFE的(110)和(200)面的晶面間距基本沒(méi)有變2.3.1X衍射特征峰的變化化,填充質(zhì)量分數達到40%時(shí),晶面間距明顯變小見(jiàn)圖4,從峰形來(lái)看,對于HDPE基體,加工溫(110)面和(200)面變化程度不同。而且金屬填充對度為190℃和155℃的峰形相近,但190℃時(shí)的峰更(110)晶面和(200)晶面的影響是不同的,在這個(gè)體尖銳,說(shuō)明190℃加工溫度的HDPE結晶更均勻。系里,對(110)晶面的影響更大,其下降幅度為(200)的2.8倍。說(shuō)明少量的金屬填充,對聚合物的晶面間距影響不大,大填充量能夠顯著(zhù)地使晶面間距變小。2.1.4金屬對HDPE的微晶尺寸的影響由表2同樣當填充質(zhì)量分數不大于20%,微晶尺寸變化不大,填充質(zhì)量分數達到40%以后HDPE的微晶尺寸明顯變大,而(200)晶面的變化又較(110)晶面更為顯著(zhù)。少量金屬的加入,對樹(shù)脂的微晶尺寸基本上沒(méi)有影響,而較大的填充量使晶粒尺寸顯著(zhù)變大。行射角2/綜合來(lái)看,少量的金屬成為樹(shù)脂結晶的臨界晶圖4加工溫度對體系X衍射曲線(xiàn)的影響核,使更多的大分子鏈按折疊生長(cháng)機理沉積到初級中國煤化工晶核上面,對樹(shù)脂的結晶起促進(jìn)作用,結晶度提高,2CNMHG結晶發(fā)展得更完善。但是當金屬的填充達到一定量陽(yáng)間距均較155℃體現代塑料加工應用第16卷第4期系有所減小2.42第3組分對樹(shù)脂晶面間距的影響2.3.3微晶尺寸的變化b的晶面間距比a的小,對于b體系,第3組分190℃體系中,晶體的尺寸均較155℃體系里的的配方使樹(shù)脂晶面間距變小要大2.4.3第3組分對樹(shù)脂微晶尺寸的影響總之,較高的加工溫度使晶體長(cháng)大,結晶發(fā)育完對于樹(shù)脂,第3組分的加入,無(wú)論其配比如何善;較低的加工溫度體系的晶體發(fā)育不好。這是因均使樹(shù)脂的微晶尺寸變小為較低的加工溫度時(shí),基體的粘度較大,金屬形成較第3組分的加入,在金屬與樹(shù)脂的兩相之間存大的顆粒,阻礙了HDPE鏈段的運動(dòng),限制了在一定“橋粱”作用,增強了兩相間的相互作用力,更HDPE的結晶能力,使HDPE結晶晶片很薄,發(fā)育多地削弱了樹(shù)脂的結晶性和獨立能力,使樹(shù)脂的結不完善。晶度下降2。另外,最佳第3組分配方能較好地將2.4第3組分對填充體系結晶性能的影響金屬顆粒包裹起來(lái),從而阻開(kāi)了樹(shù)脂對金屬結晶的2.41第3組分對材料衍射峰的影響干擾,使金屬自身的結晶能力得到恢復見(jiàn)圖5,a的峰強,峰多,峰尖銳,33.13°,29.15°,30.60°處的峰在b中已經(jīng)消失,說(shuō)明第3組3結論份的加入對材料的晶型發(fā)生了轉變。a)少量的金屬提高了樹(shù)脂的結晶度,大量的金屬加入破壞聚合物的結晶,使晶面間距變小,微晶尺寸變大。b)極性聚合物對金屬結晶的阻礙作用較大c)較高的成型加工溫度有利于體系的結晶性能的提高。d)第3組分加入使體系的結晶度減少參考文獻situ compositions: blends of isotropic polymer如34thermoropic liquid crystalline polymer polym. Engin Sci, 1987, 2衍射角2/°)圖5第3組分對體系X衍射曲線(xiàn)的影響2左榘,張邦華. HPB-b-PMMA增容PVC/PE共混物球晶和結晶注:a,b分別為未加和加第3組分最佳配方行為研究.高分子材料科學(xué)與工程,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中國煤化工 diffractiontallization propertyHCNMHG