滑石、CaCO3、BaSO4填充PP复合材料力学性能及界面相互作用对比

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.08.006

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (8): 36-41.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.08.006

滑石、CaCO₃、BaSO₄填充PP复合材料力学性能及界面相互作用对比

张陶忠¹, 陈晓龙²(), 郝晓宇¹, 于福家²

^1.山西紫金矿业有限公司，山西忻州 034000
^2.东北大学资源与土木工程学院，沈阳 110819

收稿日期:2022-04-11 出版日期:2022-08-26 发布日期:2022-08-22
通讯作者: 陈晓龙（1977—），男，讲师，从事矿产资源加工技术及无机矿物材料研制与开发，27863195@qq.com
E-mail:27863195@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金(51874073)

Comparison of mechanical properties and interfacial interactions of polypropylene composites filled with talc， calcium carbonate， and barium sulfate

ZHANG Taozhong¹, CHEN Xiaolong²(), HAO Xiaoyu¹, YU Fujia²

^1.Shanxi Zijin Mining Group Company Limited，Xinzhou 034000，China
^2.College of Resource and Civil Engineer，Northeastern University，Shenyang 110819，China

Received:2022-04-11 Online:2022-08-26 Published:2022-08-22
Contact: CHEN Xiaolong E-mail:27863195@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

以3种白色矿物粉体［颗粒状CaCO₃、BaSO₄，片层状滑石（talc）］为填料，聚丙烯（PP）为基体树脂，通过熔融共混法制备PP复合材料，研究3种矿物粉体在不同含量时对PP复合材料的力学性能、流动性能与断裂形貌的影响规律，并采用Turcasanyi半经验公式计算了矿物填料与PP复合材料力学性能界面相互作用。结果表明，3种矿物粉体的加入均降低了PP的拉伸强度，PP/talc复合材料的拉伸强度明显高于PP/CaCO₃ 与PP/BaSO₄，且talc的加入明显增强了PP的拉伸模量与弯曲模量；CaCO₃ 与BaSO₄的加入使复合材料弯曲强度降低，talc的加入使复合材料弯曲强度提高；CaCO₃对PP断裂伸长率与悬臂梁缺口冲击强度的提升最为明显；talc的加入使复合材料流动性能得到提高，而颗粒状的CaCO₃与BaSO₄的加入对加工性能影响较小；CaCO₃ 与BaSO₄在PP中均存在一定团聚现象，且与PP相容性较差，存在明显界面缺陷；talc与PP间界面较模糊，二者之间有较强的黏结作用。

关键词: 聚丙烯, 白色矿物填料, 复合材料, 力学性能, 流动性能

Abstract:

Polypropylene （PP）?matrix composites were prepared through melt blending with three types of white mineral powders including granular calcium carbonate （CaCO₃） and barium sulfate （BaSO₄） and lamellar talc as fillers. The effects of three types of mineral powders on the mechanical properties， flow properties and fracture morphology of the resultant composites were investigated. In addition， Turcasanyi formula was used to calculate the interface interaction between the PP matrix and mineral fillers. The results indicated that the composites showed a decrease in tensile strength with the addition of mineral powders. The tensile strength of the PP/talc composite was significantly higher than those of the PP/CaCO₃and PP/BaSO₄ composites. The addition of talc significantly enhanced the tensile and bending moduli of PP and also increased its bending strength. However， the addition of CaCO₃ and BaSO₄ reduced the bending strength of PP. CaCO₃ exhibited the most obvious effect to improve the elongation at break of PP and the notch impact strength of cantilever beam. The addition of talc improved the fluidity of the composites， whereas the addition of granular CaCO₃ and BaSO₄ showed few effects on the process ability. CaCO₃ and BaSO₄ were agglomerated in PP due their poor compati?bility with PP and obvious interface defects. The interface between talc and PP was vague， and there was a strong bon?ding effect between talc and PP.

Key words: polypropylene, white mineral filler, composite, mechanical property, flow property

中图分类号:

TQ325.1⁺4

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.

ZHANG Taozhong, CHEN Xiaolong, HAO Xiaoyu, YU Fujia. Comparison of mechanical properties and interfacial interactions of polypropylene composites filled with talc， calcium carbonate， and barium sulfate[J]. China Plastics, 2022, 36(8): 36-41.

图/表 10

PP 含量	矿物粉体含量	PE蜡含量	芥酸酰胺含量	抗氧剂1010 含量	抗氧剂168 含量
90	10	0.5	0.2	0.01	0.02
80	20	0.5	0.2	0.01	0.02
70	30	0.5	0.2	0.01	0.02
60	40	0.5	0.2	0.01	0.02

表1 复合材料配方 (份)

Tab.1 Formula of the composite materials

图1 矿物填料含量对复合材料拉伸强度的影响

Fig.1 Effect of mineral filler content on tensile strength of the composites

图2 矿物填料含量对复合材料断裂伸长率的影响

Fig.2 Effect of mineral filler content on elongation at break of the composites

图3 矿物填料含量对复合材料拉伸模量的影响

Fig.3 Effect of mineral filler content on tensile modulus of the composites

图4 矿物填料含量对复合材料弯曲强度的影响

Fig.4 Effect of mineral filler content on flexural strength of the composites

图5 矿物填料含量对复合材料弯曲模量的影响

Fig.5 Effect of mineral filler content on flexural modulus of the composites

图6 矿物填料含量对复合材料缺口冲击强度的影响

Fig.6 Effect of mineral filler content on notched impact strength of the composites

图7 矿物填料含量对复合材料MFR的影响

Fig.7 Effect of mineral filler content on MFR of the composites

图8 不同形状矿物填料填充PP复合材料的SEM照片

Fig.8 SEM images of PP composites filled with mineral fillers of different shapes

图9 矿物填料填充PP复合材料的Turcsányi方程拟合曲线

Fig.9 Linear fitting curves of Turcsányi equations for PP composites filled with mineral fillers

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滑石、CaCO₃、BaSO₄填充PP复合材料力学性能及界面相互作用对比

Comparison of mechanical properties and interfacial interactions of polypropylene composites filled with talc， calcium carbonate， and barium sulfate

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