Page 59 - 《橡塑技术与装备》2024年5期
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理论与研究                                               王晓晖 等·低 VOC 聚丙烯复合材料的制备与性能研究


                    差示扫描量热仪，Q20，美国 TA 公司。                             配置 20  mL 浓度为 10% 丙酮溶液将其装满三分
                    热重分析仪，Q50，美国 TA 公司。                           之二的顶空瓶，称取 0.3 g 的待测颗粒料装入顶空瓶中。
                1.3 实验步骤                                          当温度升温到设定温度时，打开空气与氢气并调节分
                1.3.1 样品的制备                                       压为 0.4  MPa，然后通过 FID 装置点火，通过顶空进
                    将 PP 和碳酸钙填充母料与萃取剂 (BYK-P4200)                 样器的程序控制谱图的绘制，最终得到总的峰面积。
                和液体石蜡按照表 1 聚丙烯复合材料配方混合于高速                         1.3.6 热重分析
                混合机中（按照 1 份为 15  g 称量）进行混合，混料时                        将待测的聚丙烯样品取出适量，注意避免外来污
                间控制在 1~2  min，使其充分混匀。如表 1 所示，配                    染和水分，用天平精确称量样品质量。选用一个符合
                方中添加了 80 份聚丙烯，添加 20 份的碳酸钙母料，                      要求的坩埚，清洗干净，并放置于热重仪中。将热重
                添加 2 份的液体石蜡，BYK-P4200 从 0 份加到 5 份。                仪加热至 800  ℃左右，保持 10  min 以上，使坩埚内
                混料后使用双螺杆挤出机制备加工制得 PP 复合材料                         的全部氧化物得以清除。从而研究材料的热稳定性能。
                颗粒料。然后粒料使用电热鼓风干燥箱中 80  ℃下烘
                干 12 h 后，通过塑料注射成型机注射成型标准样条。                       2 结果与讨论
                            表 1 聚丙烯复合材料配方                         2.1 力学性能
                                        组分
                实验编号                                              2.1.1 拉伸性能
                       聚丙烯 / 份 碳酸钙 / 份 液体石蜡 / 份 BYK-P4200/ 份
                   1      80      20       2          0               如图 1 所示，在对不同配比的 PP/BYK-P4200
                   2      80      20       2          1
                   3      80      20       2          2           的样条进行拉伸测试，发现萃取剂 (BYK-P4200)的
                   4      80      20       2          3           添加聚丙烯复合材料的抗拉强度变化不大。当萃取剂
                   5      80      20       2          4
                   6      80      20       2          5           的质量分数由 0% 增加到 5% 时，聚丙烯复合材料的
                                                                  拉伸强度呈下降趋势。其中未加入萃取剂时，聚丙烯
                1.3.2 拉伸性能测试                                      复合材料的拉伸强度达到 31.59  MPa ；相较于添加萃
                    按照 GB/T1040.3—2006 标准在室温下用 CMT-               取剂的组分，萃取剂的质量分数为 2% 时聚丙烯复合
                2503 型电子万能拉力试验机在 100  mm/min 的拉伸速                 材料的拉伸强度最大，达到 31.04 MPa ；所测样条中，
                率下测定 PP/BYK-P4200 的拉伸力学性能。                        聚丙烯复合材料的拉伸强度最低为 29.19  MPa。萃取
                1.3.3 冲击性能测试                                      剂(BYK-P4200) 的加入，吸附于聚丙烯复合材料载
                    采用切割机制备的 V 形缺口聚丙烯复合材料冲击                       体上，使复合材料承担拉伸负荷的有效面积减小，复
                样条（缺口端直径 0.2  mm）按 GB/T1043—1993 标                合材料的内部界面增大，在 PP 复合材料受到纵向拉
                准在室温下用 ZBC1400-B 型摆锤式冲击试验机研究                      伸应力的时候，BYK-P4200 会在聚丙烯复合材料分
                PP/BYK-P4200 复合材料的冲击破坏行为。                         子内作为一个个应力集中点，使其承受更多的力，造
                1.3.4 差式扫描量热仪（DSC）                                成样条拉伸强度下降。但是因为萃取剂 (BYK-P4200)
                    在 DSC 仪器中设置测试程序，升温速度 10  ℃ /                  占比较小，所以对聚丙烯复合材料的拉伸性能影响比
                min。将样品放置在 DSC 仪器中进行测试。测试过程中，                     较小。
                样品被加热至 220 ℃后，在一定时间内保持温度稳定，                       2.1.2 冲击性能
                最后冷却至室温。通过分析测试数据，可以确定聚丙                               由图 2 可知，随着萃取剂的质量分数由 0 增加到
                烯复合材料的热性能和热稳定性。                                   5%，聚丙烯复合材料的缺口冲击强度呈现逐步提高
                                                                                              2
                    合物的结晶度（X c ）可以根据下式计算             [3]  ：       的趋势，从平均值为 5.769  kJ/m 上升到均值为 7.387
                                                                      2
                                                                  kJ/m 。结果表明，萃取剂 (BYK-P4200) 的质量分数
                                X c =  ΔH m  ×100%
                                   WΔH                            在 5% 以内，随着萃取剂含量的增加，聚丙烯复合材
                    式 中，∆H m 是 聚 合物 的 熔 融 热焓，∆H 是 结晶 度
                                                                  料的抗冲击性能显著提高，使其更具有韧性和耐用性。
                                                           [4]
                为 100% 聚 合 物 的熔 融 热 焓（ΔH(PP)=209  J/g） ，
                                                                  2.2 结晶性能
                W 是结晶组分的质量分数。
                                                                      由表 2 可以得到 ：与未加入萃取剂 (BYK-P4200)
                1.3.5  VOC 分析
                                                                  的复合材料相比，随着萃取剂 (BYK-P4200) 的用量
                2024     第   50 卷                                                                      ·11·
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