口模拉伸过程PP/CaCO3复合材料结构演变及机理

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.001

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (10): 1-6.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.001

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口模拉伸过程PP/CaCO₃复合材料结构演变及机理

禹世康¹, 陈轲¹(), 薛平¹, 贾明印¹, 蔡建臣²

^1.北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所，北京 100029
^2.衢州学院机电工程学院，浙江衢州 324000

收稿日期:2022-04-20 出版日期:2022-10-26 发布日期:2022-10-27
通讯作者: 陈轲（1992-），男，讲师，从事高分子材料成型技术及装备领域的研究，chenke@buct.edu.cn
E-mail:chenke@buct.edu.cn
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金资助(ZY2204)

Structural evolution and mechanism of PP/CaCO₃ composites during die drawing

YU Shikang¹, CHEN Ke¹(), XUE Ping¹, JIA Mingyin¹, CAI Jianchen²

^1.Institute of Plastic Machinery and Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
^2.School of Mechanical and Electrical Engineering，Quzhou University，Quzhou 324000，China

Received:2022-04-20 Online:2022-10-26 Published:2022-10-27
Contact: CHEN Ke E-mail:chenke@buct.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

利用口模拉伸法制备了轻质、高强、高模的聚丙烯（PP）/碳酸钙（CaCO₃）复合材料，分析了口模拉伸对材料微观结构、晶体结构、热性能和密度的影响，揭示了口模拉伸过程中材料结构演变及其机理。结果表明，随着拉伸过程的进行，材料内的原始球晶向微纤状晶体转变，同时发生晶粒细化现象，结晶度增大表明存在拉伸诱导结晶现象。微孔尺寸的显著增大及材料密度的显著降低主要发生在材料离开收敛流道壁面后的自由拉伸过程中。

关键词: 口模拉伸, 聚丙烯, 复合材料, 取向, 拉伸诱导结晶, 微孔

Abstract:

A type of high⁃strength， high⁃modulus， and lightweight polypropylene （PP）/CaCO₃ composites was prepared using a die drawing method， and the effect of die drawing on the microstructure， crystalline structure， thermal properties， and density of the composites were analyzed. Their structural evolution and corresponding mechanism during the die drawing process were studied. XRD and DSC characterization results indicated that there was a transformation from the original spherulites to fibrous crystals for the composites， and meanwhile a grain refinement took place in the die drawing process. There was a phenomenon of stress⁃induced crystallization occurring due to an increase in crystallinity. Moreover， a significant increase in the size of micro⁃voids and a remarkable decrease in density mainly occurred in the free⁃stretching process after the composites were separated from the converging flow channel wall.

Key words: die drawing, polypropylene composite, orientation, stress?induced crystallization, micro?voids

中图分类号:

TQ325.1⁺4

禹世康, 陈轲, 薛平, 贾明印, 蔡建臣. 口模拉伸过程PP/CaCO₃复合材料结构演变及机理[J]. 中国塑料, 2022, 36(10): 1-6.

YU Shikang, CHEN Ke, XUE Ping, JIA Mingyin, CAI Jianchen. Structural evolution and mechanism of PP/CaCO₃ composites during die drawing[J]. China Plastics, 2022, 36(10): 1-6.

图/表 10

图1 模内PP/CaCO3复合材料样品的不同位置标注

Fig.1 Photographs of PP/CaCO3 composite with marked location in the die

样品

拉伸强度/

MPa

断裂伸长

率/%

弯曲强度/

MPa

弯曲模量/

GPa

表1 PP/CaCO3复合材料坯料及口模拉伸制品的力学性能

Tab.1 Mechanical properties of PP/CaCO3 composite billets and die⁃drawn products

图2 口模拉伸PP/CaCO3复合材料过程示意图

Fig.2 Schematic diagram of die drawing process of PP/CaCO3 composites

图3 口模拉伸不同位置处PP/CaCO3复合材料的XRD曲线

Fig.3 XRD curves of PP/CaCO3 composites at different positions during die drawing

样品	2θ/（°）	半峰全宽/（°）	晶粒尺寸/nm
位置①	13.63	0.53	15.09
位置②	13.96	1.02	7.84
位置③	13.73	1.11	7.27
位置④	14.10	0.91	8.79
位置⑤	13.98	0.77	10.40

表2 口模拉伸不同位置处PP/CaCO3复合材料的（110）晶格面的半峰全宽和晶粒尺寸

Tab.2 FWHM and crystalline size of （110）α reflection of PP/CaCO3 composites at different positions during die drawing

图4 口模拉伸不同位置处PP/CaCO3复合材料的DSC曲线

Fig.4 DSC curves of PP/CaCO3 composites at different positions during die drawing

样品	T_m/°C	ΔH_m/J·g^-1	X_C/%
位置①	148.2	51.25	35.0
位置②	148.6	54.77	37.4
位置③	149.5	69.02	47.2
位置④	149.4	66.47	45.4
位置⑤	149.4	68.38	46.7

表 3 口模拉伸不同位置处PP/CaCO3复合材料样品的DSC数据

Tab.3 DSC data of PP/CaCO3 composites at different positions during die drawing

图5 口模拉伸过程不同位置处PP/CaCO3复合材料SEM照片

Fig.5 SEM of PP/CaCO3 composites at different positions during die drawing process

图6 口模拉伸过程中不同位置处PP/CaCO3复合材料的密度

Fig.6 Density of PP/CaCO3 composites at different positions during die drawing process

图7 口模拉伸过程PP/CaCO3复合材料的结构演变机理示意图

Fig.7 Schematic of structure evolution mechanism of PP/CaCO3 composites during die⁃drawing process

参考文献 9

1	王泽龙. 无机纳米填料改性聚丙烯的研究进展［J］. 化纤与纺织技术， 2021， 50（6）：40⁃41.
	WANG Z L. Research progress of polypropylene modified by inorganic nanofillers ［J］. Chemical Fiber and Textile Technology， 2021， 50（6）：40⁃41.
2	Awad S A， Khalaf E M. Investigation of improvement of properties of polypropylene modified by nano silica compo⁃sites［J］. Composites Communications， 2019， 12：59⁃63.
3	Yetgin S H. Effect of multi walled carbon nanotube on mechanical， thermal and rheological properties of polypropy⁃lene［J］. Journal of Materials Research and Technology， 2019， 8（5）：4 725⁃4 735.
4	Coates P D， Caton⁃Rose P， Ward I M， et al. Process structuring of polymers by solid phase orientation processing［J］. Science China Chemistry， 2013， 56（8）： 1 017⁃1 028.
5	程鹏，郭周超，薛平，等. 滑石粉添加量对口模拉伸自增强聚丙烯性能的影响［J］. 塑料工业， 2020， 48（9）：61⁃65.
	CHENG P， GUO Z C， XUE P， et al. Effect of talc addition on the properties of self⁃reinforced polypropylene in die drawing ［J］. Plastics Industry， 2020， 48（9）：61⁃65.
6	禹世康，薛平，陈轲，等. 拉伸工艺参数对PP/Talc微孔复合材料性能的影响［J］. 塑料， 2022， 51（1）：145⁃149.
	YU S K， XUE P， CHEN K， et al. Effect of drawing process parameters on the properties of PP/Talc microporous composites ［J］. Plastics， 2022， 51（1）：145⁃149.
7	刘科，刘义，曾佳，等. 超轻高强聚丙烯/碳酸钙线材研究［J］. 塑料工业， 2019， 47（2）： 48⁃51.
	LIU K， LIU Y， ZENG J， et al. Research on ultra⁃light and high⁃strength polypropylene/calcium carbonate wire ［J］. Plastics Industry， 2019， 47（2）： 48⁃51.
8	吕冬. 模拉等规聚丙烯微观结构演变机制［D］. 合肥：中国科学技术大学， 2020.
9	Lyu D， Sun Y， Thompson G， et al. Die geometry induced heterogeneous morphology of polypropylene inside the die during die⁃drawing process［J］. Polymer Testing， 2019， 74： 104⁃112.

[1]	贾明印, 董贤文, 王佳明, 陈轲. 浸渍方式对纤维增强聚酰胺6复合材料真空袋压成型工艺及性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 1-6.
[2]	张林, 夏章川, 何亚东, 信春玲, 王瑞雪, 任峰. 等离子体射流载气流量大小对玻璃纤维改性效果影响的研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 7-15.
[3]	焦志伟, 王克琛, 张杨, 杨卫民. 基于碳纳米涂层沉积滑石粉与炭黑协同填充PVC/ABS复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 10-15.
[4]	张兵. 无规共聚聚丙烯管材氧化诱导时间测试探究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 107-109.
[5]	赵鸿敬, 朱江. 微纳层叠天然橡胶/聚丙烯两相挤出的数值模拟研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 110-114.
[6]	刘义, 王叶, 孙伟, 曲国兴, 许霞, 杨少林, 袁宁. 红外光谱法测定聚丙烯中透明成核剂含量研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 115-118.
[7]	喻九阳, 王众浩, 陈琦, 夏亚忠. 基于阀体制造的先进树脂基复合材料性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 16-22.
[8]	张陶忠, 陈晓龙, 郝晓宇, 于福家. 滑石、CaCO₃、BaSO₄填充PP复合材料力学性能及界面相互作用对比[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 36-41.
[9]	杜青, 何祎, 余坦竟, 蓝艳姣, 赵彦芝, 周菊英. 取向PAN/MWCNTs与热塑性聚烯烃复合材料的制备及表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 49-55.
[10]	曲玉婷, 王立梅, 齐斌. 聚乙二醇对聚乳酸/淀粉纳米晶复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 56-61.
[11]	吴唯, 胡焕波, 沈辉, 赵天瑜. 4A沸石与钙镁铝水滑石对膨胀阻燃聚丙烯的双重协效阻燃作用与机理[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 1-7.
[12]	于昌永, 辛忠. 基于六氢邻苯二甲酸盐的α/β复合成核剂对聚丙烯性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 121-128.
[13]	冯冰涛, 王晓珂, 张信, 孙国华, 汪殿龙, 侯连龙, 马劲松. 连续碳纤维增强热塑性复合材料制备与应用研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 165-173.
[14]	宋银宝, 杨建军, 李传敏. PDMS/SiC功能梯度复合材料性能与制造精度研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 30-36.
[15]	刘义, 孙伟, 曲国兴, 王叶, 袁宁, 杨少林, 许霞, 常小毅, 张宇飞. 薄壁注塑透明聚丙烯专用料的结构与性能分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 37-43.

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