硫酸钙晶须改性聚乙烯/聚酰胺6复合材料的热性能与力学性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.11.006

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (11): 35-40.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.11.006

硫酸钙晶须改性聚乙烯/聚酰胺6复合材料的热性能与力学性能研究

张兆阳¹(), 唐敢¹, 柯雪¹, 王鑫¹, 江学良¹, 刘仿军¹, 游峰¹^,²^,³()

^1.武汉工程大学材料科学与工程学院，武汉 430205
^2.湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室，武汉 430062
^3.佛山（华南）新材料研究院，广东佛山 528200

收稿日期:2022-08-08 出版日期:2022-11-26 发布日期:2022-11-25
通讯作者: 游峰（1986—），男，副教授，从事纳米无机填料填充高分子复合材料的界面工程设计与形态研究， youfeng.mse@wit.edu.cn
E-mail:871578111@qq.com;youfeng.mse@wit.edu.cn
作者简介:张兆阳（1996—），男，在读研究生，从事功能高分子复合材料研究，871578111@qq.com
基金资助:
武汉工程大学研究生创新基金(CX2021157);功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室（湖北大学）开放基金(202105);广东省基础与应用基础基金(2019A1515110465)

Thermal and mechanical properties of calcium sulfate whiskers modified PE⁃HD/PA6 composites

ZHANG Zhaoyang¹(), TANG Gan¹, KE Xue¹, WANG Xin¹, JIANG Xueliang¹, LIU Fangjun¹, YOU Feng¹^,²^,³()

^1.School of Material Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430205，China
^2.Key Laboratory of Green Preparation and Application of Functional Materials，Ministry of Education，Hubei University，Wuhan 430062，China
^3.Foshan （Southern China） Institute for New Materials，Foshan 528200，China

Received:2022-08-08 Online:2022-11-26 Published:2022-11-25
Contact: YOU Feng E-mail:871578111@qq.com;youfeng.mse@wit.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）对硫酸钙晶须（CSW）进行化学改性制备GMA接枝的CSW （G⁃CSW），通过红外光谱分析仪（FTIR）和热失重分析仪（TG）对G⁃CSW的化学结构和GMA负载量进行表征；将改性前后的硫酸钙晶须和高密度聚乙烯（PE⁃HD）和聚酰胺6（PA6）熔融共混以制备PE⁃HD/PA6/CSW复合材料，通过扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热仪（DSC）、TG和万能试验机对复合材料进行分析。结果显示，具有桥接结构的PE⁃HD/PA6/G⁃CSW复合材料有更好的结晶性能、热稳定性和力学性能；由于CSW的长度大于PA6的直径，CSW在复合材料中穿过PA6相并插入PE⁃HD相中，形成桥接结构；G⁃CSW在复合材料结晶过程中有异相成核作用，有助于PA6的结晶过程，提高结晶度。

关键词: 硫酸钙晶须, 改性, 高密度聚乙烯, 聚酰胺6, 复合材料

Abstract:

Glycidyl methacrylate （GMA）⁃grafted calcium sulfate whiskers （CSW） was synthesized via chemical modification of CSW with GMA， and its structure and GMA loading were analyzed using Fourier⁃transform infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis （TGA）. The CSW and GMA⁃grafted CSW were melt⁃blended with high⁃density polyethylene （PE⁃HD） and polyamide 6 （PA6） to form the PE⁃HD/PA6/CSW composites. The composites were investigated using scanning electron microscopy， differential scanning calorimetry， TGA， and universal testing machine. The results indicated that the PE⁃HD/PA6/GMA⁃grafted CSW composite with a bridge structure exhibited better crystallinity， thermal stability， and mechanical properties. As the length of CSW was greater than the diameter of PA6， the CSW penetrated the PA6 phase to insert into the PE⁃HD phase in the composites， resulting in the formation of the bridge structure. The GMA⁃grafted CSW generated a heterogeneous nucleation effect on the composites， promoting the crystallization process of PA6 and improving its crystallinity accordingly.

Key words: calcium sulfate whisker, modification, high?density polyethylene, polyamide 6, composite

中图分类号:

TQ325.1⁺2

张兆阳, 唐敢, 柯雪, 王鑫, 江学良, 刘仿军, 游峰. 硫酸钙晶须改性聚乙烯/聚酰胺6复合材料的热性能与力学性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 35-40.

ZHANG Zhaoyang, TANG Gan, KE Xue, WANG Xin, JIANG Xueliang, LIU Fangjun, YOU Feng. Thermal and mechanical properties of calcium sulfate whiskers modified PE⁃HD/PA6 composites[J]. China Plastics, 2022, 36(11): 35-40.

图/表 9

图1 GMA、CSW和G⁃CSW的FTIR谱图

Fig.1 FTIR spectra of GMA， CSW and G⁃CSW

图2 CSW和G⁃CSW的TG曲线

Fig.2 TG curves of CSW and G⁃CSW

图3 复合材料的断面形貌

Fig.3 Cross⁃sectional morphologies of the composites

样品	平均粒径/μm
PE⁃HD/PA6（85/15）	3.285
PE⁃HD/PA6/CSW（85/15/10）	3.097
PE⁃HD/PA6/G⁃CSW（85/15/10）	3.700

表1 PE⁃HD/PA6/CSW三相体系中PA6粒子的平均粒径

Tab.1 Average particle size of PA6 particles in PE⁃HD/PA6/CSW three⁃phase system

图4 样品的DSC曲线

Fig.4 DSC curves of the samples

图5 不同CSW含量PE⁃HD/PA6/CSW复合材料的PA6熔融峰

Fig.5 PA6 melting peaks of PE⁃HD/PA6/CSW composites with different CSW contents

样品	熔融焓/J·g^-1	结晶度/%
纯PA6	49.04	25.81
PE⁃HD/PA6	48.21	25.40
PE⁃HD/PA6/1 %CSW	45.34	23.84
PE⁃HD/PA6/5 %CSW	42.39	22.33
PE⁃HD/PA6/10 %CSW	44.22	23.25
PE⁃HD/PA6/1 %G⁃CSW	55.91	29.42
PE⁃HD/PA6/5 % G⁃CSW	46.95	24.71
PE⁃HD/PA6/10 % G⁃CSW	45.26	23.83

表2 不同CSW含量三相复合材料中PA6的结晶度

Tab.2 Crystallinity of PA6 in three⁃phase composites with different CSW contents

图6 复合材料的维卡软化温度及TG曲线

Fig.6 Vicat softening temperature and TG curves of the composites

图7 样品的力学性能

Fig.7 Mechanical properties of the samples

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硫酸钙晶须改性聚乙烯/聚酰胺6复合材料的热性能与力学性能研究

Thermal and mechanical properties of calcium sulfate whiskers modified PE⁃HD/PA6 composites

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