PPEPDMCaCO3三元复合材料的相结构及力学性能研究

２００８年１１月高分子学报

ＡＣＴＡＰＯＬＹＭＥＲＩＣＡＳＩＮｌＣＡ

Ｎｏ．１１

Ｎｏｖ．，２００８

ＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３三元复合材料的相结构及力学性能研究‘

朱德钦生瑜”王剑峰

（福建师范大学化学与材料学院福州３５０００＂／）

摘要采用以化学键合方式在ＣａＣＯ，表面包覆卜聚丙烯蜡和将改性后的ＣａＣＯ，先与ＥＰＤＭ复合、再与ＰＰ复合的工艺，制备ＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣＯ，三元复合材料，以期在ＰＰ基体材料中得到ＥＰＤＭ包裹ＣａＣＯ，的相结构．通过测量三元复合体系中各组分的表面张力，计算各可能组分对之间的界面张力和黏结功，分析三元复合体系中町能的相结构．热力学计算结果表明，三元复合体系中既存在以ＥＰＤＭ为壳、ＣａＣ０３为核的“核壳结构”，又存在ＣａＣ０３与ＥＰＤＭ各自分散在ＰＰ基体中的结构．电镜照片进一步揭示，在ＰＰ／ＥＰＤＭ／改性ＣａＣ０３三元复合体系与ＰＰ／ＥＰＤＭ／未改性ＣａＣＯ，三元复合体系中，这两种相结构的比例是不同的，在前者中以核壳结构为主．ＣａＣＯ，表面性质的不同是产生这一差别的原因．由于这一结构差别的存在，ＰＰ／ＥＰＤＭ／改性ＣａＣ０３三元复合体系比ＰＰ／ＥＰＤＭ／未改性ＣａＣ０３三元复合体系具有更好的力学性能．当ＥＰＤＭ用量为８ｐｈｒ、改性ＣａＣ０３用量为１５ｐｈｒ时，三元复合体系的冲击强度达１４．２５ｌ【Ｊ／ｍ２，是纯ＰＰ的３．１７倍．

关键词碳酸钙，表面改性，聚丙烯，三元乙丙橡胶，相结构，力学性能

作为四大通用塑料之一的聚丙烯（ＰＰ）因其优良的综合力学性能、化学稳定性和耐热性、较好的成型加工性能和相对低廉的价格而在生产生活中扮演越来越莺要的角色．但同时ＰＰ也存在冲击韧性低、低温易脆裂、耐候性差、强度、模量、硬度低、成型收缩大、尺寸稳定性差、制件易变形等缺点，极大地了其应用．因此，增强增韧ＰＰ以拓宽其应用领域一直是人们研究的热点．早期对ＰＰ的增韧主要是以ＥＰＤＭ等弹性体作为增韧剂，但此法往往在提高ＰＰ韧性的同时，牺牲了其刚性和强度．ＣａＣ０３与弹性体协同增韧ＰＰ是近年来研究开发的增韧新技术．它既能发挥刚性粒子填充基体的增强作用又能有效提高材料韧性，显示出独特的优越性Ｊｊ．但因ＣａＣ０３亲水疏油，易发生团聚，与ＰＰ、弹性体ＥＰＤＭ相容性差，致使其优势得不到应有的发挥．因此对ＣａＣ０３进行适当的表面改性以降低其表面极性对其在ＰＰ中的应用具有重要的意义．目前已报道的ＣａＣ０３的表面改性方法有许多，主要有表面改性剂处理ｌ刊，弹性体包覆‘３｜，核壳结构法一。等．对于弹性体／刚性粒子协同增韧ＰＰ体系，影响其力学性能的因素多而复杂，不但与组分的构成及特性有关，还与材料中的相结构密切联系．根据Ｍａｔｏｎｉｓ的理论分析、５｜，当刚性粒子与弹性体分别分散于ＰＰ基体中时，难以得到预期的改性效果．只有当高模量刚性无机填料表面部分或全部包覆上弹性体层、并良好分散在基体中时，软壳才能有效地将应力从基体传递到硬核，耗散能量，从而提高材料的力学性能．

作者采用本课题组专利方法ｂ１在碳酸钙表面化学键合上与ＰＰ基体性质相近的聚丙烯蜡，以期降低ＣａＣＯ，表面极性，提高其与基体的相容性，文献［７］报道了有关该改性方法的表征．本文主要研究改性ＣａＣＯ，填充ＰＰ／ＥＰＤＭ中，对三元复合材料的相结构及力学性能的影响，有关材料的结晶性能、热性能等表征亦将随后报道．

１实验部分

１．１主要原料及试剂

聚丙烯（ＰＰ），Ｆ４０１型，甘肃兰港石化有限公司；聚丙烯蜡改性ＣａＣＯ，简称为改性ＣａＣＯ，或ＰＰＷ．ＣａＣＯ，用专利方法通过化学键在ＣａＣＯ，表面包覆聚丙烯蜡；其中，原料ＣａＣＯ，的粒径为９０ｈｉｌｌ，上海耀华纳米科技有限公司；聚丙烯蜡（ＰＰＷ）的分子量为６５∞，江苏江阴市东风合成化工厂．

＊２００８．０１．２３收稿，２００８．０３．２４修稿；福建省科技厅（基金号２００６Ｆ５０３１，２００４Ｊ０１７）和教育厅基金（基金号ＪＢ０６０７５）资助项目；＊＊通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｅｎｇｙｕ＠ｆｉｎ．．ｅｄｕ．１３１＂１高分子学报２００８钲

ＥＰＤＭ，３７４５ｐ型，美国杜邦公司．

１．２实验仪器及设备

高速混合机，ＳＨＲ．２５Ａ型，张家港市轻工机械厂；接触角测定仪，ＴＹ．８２型，河北承德实验机总厂；双辊开炼机，ＳＫ．１６０Ｂ型，上海橡胶机械厂；双螺杆挤出机，ＴＥ一３４型，南京科亚挤出机设备有限公司；注塑成型机，ＪＮ５５．Ｅ型，震雄握料机械有限公司；机械式拉力试验机，ＬＪ．５０００Ｎ型，河北承德实验机有限公司；简支梁冲击试验机，ＺＢＣ．４型，深圳新三思材料检测有限公司；植物纤维破碎机，ＦＺｌ０２型，北京市永光明医疗仪器厂；压片机，ＨＹ．１２型，天津光学仪器厂；压力成型机，ＹＸ．２５（０）型，上海西玛伟力橡塑机械有限公司．

１．３材料接触角的测定

将未改性和改性ＣａＣＯ，粉末用制样机制成圆片；ＰＰ和ＥＰＤＭ用压力成型机压成约２０“ｍ的薄片，然后用接触角测定仪测定样品与各种试剂的接触角．

１．４ＰＰ，ＥＰＤＭ／改性ＣａＣＯ，三元复合材料的制备

先将ＣａＣＯ，加入料桶温度为６０＂１２高速混合机中，依次加入计量的丙烯酸（ＡＡ）、过氧化苯甲酰（ＢＰＯ）和ＰＰＷ，搅拌３０ｍｉｎ．而后料桶升温至１２００Ｃ，继续搅拌２０ｍｉｎ后出料，得到聚丙烯蜡改性ＣａＣ０３．

先将改性ＣａＣＯ，与ＥＰＤＭ按不同比例在双辊开炼机上塑炼均匀后，破碎成细粉．再将细粉与ＰＰ混匀后，用双螺杆挤出机挤出、造粒，然后用注射机制成国家标准测试样条．１．５相结构分析

取样条的冲击断面用于复合材料的相结构分析，为提高ＰＰ基体和ＥＰＤＭ相之间的反差，样品断面用二甲苯室温下处理０．５ｈ，以移除样品表面的ＥＰＤＭ组分．样品经离子溅射仪镀金后，在荷兰ＰＨＩｌ。ＩＰＳ公司的ＸＬ３０ＥＳＥＭ／ＴＭＰ型环境扫描电镜上进行断面形貌观察．

１．６机械性能测试

参照国标ＧＢｌ０４０—９２测定材料拉伸强度，参照国标ＧＢｌ０４≥．７９测定缺口冲击强度．

２结果与讨论

２．１改性ＣａＣＯ，与ＰＰ、ＥＰＤＭ之间的界面及相容性的研究

超细ＣａＣＯ，粒子比表面积大，反应活性大，表面极性大，易发生团聚，因此与非极性的ＰＰ基体共混时出现填料分散不均匀、与基体相容性差等问题，导致界面黏结弱，直接影响到改性材料的加工与使用性能，尤其是力学性能．因此研究改性ＣａＣＯ，的表面性质，探讨其与ＰＰ基体之间的界面及相容性，对于研究改性ＣａＣＯ，填充ＰＰ／ＥＰＤＭ三元复合体系的力学性能具有重要的指导意义．通过测定不同极性的液体在样品上的接触角，可以比较样品与液体之间的相容性与润湿性，在一定程度上可以反映出样品的表面性质。３１．从表１可见较之未改性的ＣａＣＯ，改性ＣａＣＯ，与非极性的液体石蜡的接触角略有下降，说明改性ＣａＣＯ，对非极性液体的润湿性有一定程度提高；与极性较大的液体如蒸馏水、乙二醇、丙三醇的接

Ｔａｂｌｅ１Ｃｏｎｔａｃｔａｎｇｌｅｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｉｑｕｉｄｓ

触角均有较大提高，甚至超过９０。．这说明ＣａＣＯ，表面已经由亲水变为疏水，表面极性显著降低．通过接触角数据，可以进一步地计算出粉体的表面张力，研究其表面性质．根据文献有：ｙｌ（１＋ｃｏｓＯ）≈２［（）。４ｙＩ８）¨２＋（）。９”）１，２］

（１）式中ｙ，为液体表面张力，０为接触角，）。８、ｙ。９则为固体表面张力的色散分量和极性分量，ｙ。、ｙ。９分别表示液体表面张力的色散分量和极性分量．据表１所测接触角和从文献查到的这些液体相应的ｙｌ、ｙ１８、ｙｌ９数据，以ｙ１（１＋ｃｏｓＯ）／２（７ｌ。）¨２对（ｙｔｐ／ｙ。４）“２做图，求出直线的截距（７。４）“２和斜率（ｙ。９）“２，进一步可算出ｙ。、ｙ。９，即可求得各材料的表面张力ｙ。，如表２所示．从表中可见ＰＰＷ．ＣａＣＯ，较未改性ＣａＣＯ，的表面张力明显下降，尤其是极性分量ｙ。９大幅度下降，并且接近ＰＰ及１１期朱德钦等：ＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３三元复合材料的相结构及力学性能研究

ＥＰＤＭ的极性分量，仅为０．７１ｍＪ／ｍ２，证实ＣａＣＯ，高与ＰＰ、ＥＰＤＭ相容性的目的．表面包覆聚丙烯蜡后，可达到降低其表面极性、提

Ｔａｂｌｅ２Ｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｉｔｓｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎａｎｄｐｏｌａｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ

２．２ＰＰＩＥＰＤＭ／改性ＣａＣＯ，三元复合体系的相结构分析

Ｐｕｋａｎｓｚｋｙ等。９Ｊ在制备ＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３三元复合材料的过程中发现，复合材料的最终相结构是由诸多因素所决定的，包括热力学因素和动力学因素，如体系中自由能的改变，相界面黏结力，聚合物熔体黏度及材料混炼过程中受到剪切力大小等．本研究中可能存在的相结构有ＥＰＤＭ与ＣａＣＯ，粒子各自分散于ＰＰ基体中；ＣａＣＯ，粒子被ＥＰＤＭ包裹形成核壳结构，再分散于ＰＰ基体中；或同时具有这两种相结构．最终相结构究竟如何，可以通过形成各种相界面的表面自由能做一定量判断．

当体系中有新的表面及相界面形成时，体系需要消耗能量且相结构趋于具有最小总自由能的形态．表面能的变化与新表面的大小及界面张力相对应的，界面张力可以通过ｗｕ‘１０。的计算公式得出：

ｙ１２＝［（ｙ１。）¨２一（７２８）¨２］２＋

［（ｙ１９１，２一（ｙ２９）“２２（２）式中ｙ，：为两种相互接触材料１、２之间的界面张力，ｙ。、），分别为材料表面张力的色散分量和极性分量．

因此，利用表２中各材料的色散分量和极性分量，可计算得到ＣａＣＯ，、ＰＰ、ＥＰＤＭ三者之间的界面张力ｙ∽结果见表３．

由表３可以发现，不管ＣａＣＯ，改性与否，在同一三元复合体系中，ＰＰ／ＣａＣＯ，与ＥＰＤＭ／ＣａＣＯ，的界面张力无明显差别，这表明ＣａＣＯｓ均有可能分散在ＰＰ和ＥＰＤＭ中．由于在本研究中三元复合材料的制备采用先将ＣａＣＯ，与ＥＰＤＭ制成母料后，再和ＰＰ进行复合的方式，因此，在母料中形成的ＥＰＤＭ包裹ＣａＣＯ，粒子的核壳结构能否保持，就要看其是否能经受住加工过程中剪切力的作用．剪切力倾向于将ＥＰＤＭ从ＣａＣＯ，表面剥离，从而破坏ＣａＣＯ，／ＥＰＤＭ所形成的核壳结构．因此，为了表征三元体系中，各相界面的黏结力大小，按下式进一步计算体系中各相界面的黏结功：

Ｗ１２＝２（ｙ】８７２。）１，２＋２（ｙ１９ｙ２９）１，２（３）由表３还可以发现，ＰＰ／ＣａＣＯ，和ＥＰＤＭ／ＣａＣＯ，的黏结功形．，相差无几．然而，由于ＰＰ的低黏度及在整个材料中更高的浓度，所以ＣａＣＯ，粒子有可能被加工中的剪切力从ＥＰＤＭ中拽出而被ＰＰ所包围，在基体中分散，导致最终的相结构既存在以ＥＰＤＭ为壳，ＣａＣＯ，为核的“核壳结构”，又存在ＣａＣＯ，与ＥＰＤＭ各自分散在ＰＰ基体中的结构．这一分析与扫描电镜的结果（见２．３节）是一致的．

Ｔａｂｌｅ３ＴｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｗｏｒｋｏｆａｄｈｅｓｉｏｎｆｏｒａｌｌｐｏｓｓｉｂｌｅＰＰ／ＥＰＤＭ，ＰＰ／ＣａＣ０３，ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３ｐａｉｒｓｉｎｔｈｅｔｅｒｎａｒｙｃｏｍｐｏｓｉ。ｔｅｓ１０６４高分子学报２００８住

虽然经本方法改性后，ＣａＣＯ，在三元体系中未能全部被ＥＰＤＭ包裹形成“核壳结构”，但由表４可见，改性ＣａＣＯ，同ＰＰ及ＥＰＤＭ的界面张力均有明显下降，且改性ＣａＣＯ，与ＰＰ及ＥＰＤＭ的极性很接近，说明改性ＣａＣＯ，与ＰＰ基体及ＥＰＤＭ均具有良好的相容性．用其填充ＰＰ后，它能够与摹体在充分接触浸润后形成有效相互作用的界面层，改善其与基体树脂之间的界面黏结，促进应力的均匀传递，减缓应力集中，阻止裂纹扩展，提高材料的力学性能．

２．３ＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣＯ，三元复合材料断面形貌图ｌ、图２分别为ＰＰ／ＥＰＤＭ／未改性ＣａＣＯ，三元复合材料及ＰＰ／ＥＰＤＭ／改性ＣａＣＯ，三元复合材料的冲击断面经二甲苯刻蚀前（ａ）及刻蚀后（ｂ）的电镜照片，图（ｂ）中的黑洞和球形低洼部分代表被选择性刻蚀除去的ＥＰＤＭ颗粒．从图中可以看出，对于ＰＰ／ＥＰＤＭ／未改性ＣａＣＯ，复合体系，ＣａＣＯ，粒子在ＰＰ基体中团聚严重且粒子与基体的界面明显（图１ａ），其相结构基本上是以ＣａＣＯ，与ＥＰＤＭ各自分散在ＰＰ中为主，但仍有少量ＣａＣＯ，粒子保持了被ＥＰＤＭ包裹的结构（图１ｂ）；而对于ＰＰ／ＥＰＤＭ／改性ＣａＣ０３复合体系，可以看出ＣａＣＯ，经表面改性后，其与ＰＰ基体之间的界面趋于模糊，在基体中的分散性也得以明显改善（图２ａ）．大部分ＣａＣＯ，颗粒存在于ＥＰＤＭ被刻蚀后形成的孔洞中，这说明形成了以ＥＰＤＭ为壳，ＣａＣＯ，为核的“核壳结构”，同时还有少量的ＣａＣＯ，分散在ＰＰ基体中（图２ｂ）．

尽管这两个体系中均存在着以ＥＰＤＭ为壳，ＣａＣＯ，为核的“核壳结构”和ＣａＣＯ，与ＥＰＤＭ各自分散在ＰＰ基体中的两种相结构，但这两种相结构所占的比例是明显不同的．这显然与ＣａＣＯ，的表面处理所带来的表面性质的改变有关，说明通过对填料的表面改性和选择母料法的加工工艺，有利于形成弹性体包裹刚性粒子的核壳结构，但不能完全控制这一结构的形成．通过少量弹性体包裹刚性粒子，制备“核壳结构”粒子的形成方法已在本课题组研究成功，这一结果将随后报道．

Ｆｉｇ．１ＦｒａｃｔｏｇｒａｐｂｅｏｆＰＰ／ＥＰＤＭ／ｕｎｃｏａｔｅｄＣａＣＯ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ｂｅｆｏｒｅ（ａ）ａｎｄａｆｔｅｒ（ｂ）ｅｔｃｈｅｄＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３＝１００１１０／１５

Ｆｉｇ．２Ｆｒａｃｌｔｏｇｒａｐｈｓ

ｏｆＰＰ／ＥＰＤＭ／ＰＰＷ－ＣａＣ０３ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｂｅｆｏｒｅ（ａ）ａｎｄａｆｔｅｒ（ｂ）ｅｔｃｈｅｄＰＰ／ＥＰＤＭ／ＰＰＷ—ＣａＣ０３＝１００／１０／１５

２．４ＰＰ／ＥＰＤＭ／改性ＣａＣ０３三元复合体系的力学性能

２．４．１ＥＰＤＭ用量对复合体系力学性能的影响从图３、图４可见，固定ＣａＣＯ，用量为１５ｐｈｒ时，随着ＥＰＤＭ用量的增加，改性ＣａＣＯ，体系与未改性ＣａＣＯ，体系的冲击强度均有不同程度的提高，但改性ＣａＣＯ，体系的增幅要明显大于未改性ＣａＣＯ，体系；当ＥＰＤＭ用量达到８ｐｈｒ时，改性ＣａＣＯ，体系出现明显的脆韧转变，冲击强度大幅度提高．同时，材料的拉伸强度逐步下降，这是由ＥＰＤＭ的低模量特性所决定的．但改性ＣａＣＯ，体

系的拉伸强度要明显高于相应未改性ＣａＣＯ，体１１期朱德钦等：ＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３三元复合材料的相结构及力学件能研究１０６５

系，即使在ＥＰＤＭ用量为１２ｐｈｒ时，改性ＣａＣＯ，体系的拉伸强度也比未改性ＣａＣＯ，体系高１２％．这归因于改性ＣａＣＯ，与ＥＰＤＭ、ＰＰ有较好的相容性，

ＥＰＤＭｃｏｎｔｅｎｔ（ｐｈｒ）

Ｆｉｇ．３

ＥｆｆｅｃｔｏｆｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＥＰＤＭｏｎｎｏｔｃｈｅｄｉｍｐａｃｔｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ＣａＣ０３＝１５ｐｈｒ

２．４．２改性ＣａＣＯ，用量对复合体系力学性能的影响从图５、图６可见，固定ＥＰＤＭ的添加量为８ｐｈｒ时，随着ＣａＣＯ，用量的增加，未改性ＣａＣＯ，和改性ＣａＣＯ，三元体系的拉伸强度及断裂

ＣａＣ０３ｃｏｎｔｅｎｔ（ｐｈｒ）

Ｆｉｇ．５Ｅｆｆｅｃｔ

ｏｆｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＣａＣ％ｏｎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ＥＰＤＭ＝８

ｐｈｒ

随着ＣａＣＯ，用量的增加，未改性ＣａＣＯ，体系和改性ＣａＣＯ，体系的冲击强度均呈上升趋势（见图７），这表明不论改性与否，ＣａＣＯ，和ＥＰＤＭ之间对ＰＰ的增韧存在着协同作用，这一结果与很多文献报道相一致．但从图７可见，改性ＣａＣＯ，体系的升幅更大，在ＣａＣ０３用量为１５ｐｈｒ时，体系的冲击强度达到峰值，为１４．２５ｋＪ／ｍ２，是纯ＰＰ的３．１７倍．这一结果显然与ＥＰＤＭ与ＣａＣＯ，在ＰＰ基体中的相结构有直接关系．从２．３节可知，在未改性其间形成较为稳定的界面层，有利于将应力从基体传递到ＣａＣＯ，使体系的力学性能得到改善．

ＥＰＤＭｃｏｎｔｅｎｔ（ｐｈｒ）

Ｆｉｇ．４

ＥｆｆｅｃｔｏｆｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＥＰＤＭｏｎｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ＣａＣ０３＝１５ｐｈｒ

伸长率均有不同程度下降，但改性ＣａＣＯ，体系的下降趋势明显滞后，在改性ＣａＣＯ，用量小于１０ｐｈｒ时拉伸强度及断裂伸长率基本保持不变．

摹

一

甍

２

ｏ

葛

Ｃ

．金

苗

曲

Ｃ

立

出

ＣａＣ０３ｃｏｎｔｅｎｔ（ｐｈｒ）

Ｆｉｇ．６ＥｆｆｅｃｔｏｆｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＣａＣ％ｏｎｅｌｏｎｇａｔｉｏｎａｔ

ｂｒｅａｋｏｆＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ＥＰＤＭ＝８

ｐｈｒ

ＣａＣＯ，体系中，ＣａＣＯ，与ＥＰＤＭ各自分散在ＰＰ中，仅有少量ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３“壳核”粒子；而在改性ＣａＣＯ，体系中，情况正好相反，存在着大量的ＥＰＤＭ／ＣａＣＯ，“壳核”粒子．这种结构有效地提高了弹性体的表观体积分数，它们与纯弹性体一样，能有效地产生应力集中，释放对塑性变形的，诱发基体产生剪切变形．所以在相同的ＥＰＤＭ用量下，改性ＣａＣＯ，体系比未改性ＣａＣＯ，体系具有更高的冲击韧性．

１０６６

高分子学报

２００８年

ＣａＣ０３ｃｏｎｔｅｎｔ（ｐｈｒ）

Ｆｉｇ．７

Ｅｆｆｅｃｔｏｆ

ｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆ

ＣａＣ０３

ｏｎ

ｎｏｔｃｈｅｄ

ｉｍｐａｃｔ

ｓｔｒｅｎｆ；ｔｈｏｆＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ＥＰＤＭ＝８

ｐｈｒ

３

结论

在ＣａＣＯ，表面以化学键合方式包覆聚丙烯蜡

的改性方法，使改性ＣａＣＯ，的表面极性及表面张力显著下降，其与ＰＰ及ＥＰＤＭ的界面张力也均有

８９１０

明显Ｆ降．改性ＣａＣＯ，与ＰＰ基体及ＥＰＤＭ均具有基本同等的良好相容性，ＰＰ／ＣａＣＯ，和ＥＰＤＭ／ＣａＣＯ，的黏结功亦相差无几．相结构分析表明，三元体系中既存在以ＥＰＤＭ为壳、ＣａＣＯ，为核的“核壳结构”，又存在ＣａＣＯ，与ＥＰＤＭ各自分散在ＰＰ基体中的结构．电镜分析结果证实了这一分

析．采用先将改性ＣａＣＯ，与ＥＰＤＭ制成母料后，再和ＰＰ进行复合的方式，有利于形成弹性体包裹刚

性粒子的核壳结构，但不能完全控制这一结构的

形成．ＰＰ／ＥＰＤＭ／改性ＣａＣＯ，三元复合体系的各项力学性能均优于同等用量下的未改性ＣａＣＯ，三元复合体系．当ＥＰＤＭ用量为８ｐｈｒ，改性ＣａＣＯ，用量为１５ｐｈｒ时，ＰＰ／ＥＰＤＭ／改性ＣａＣＯ，三元复合材料的力学性能最优，冲击强度达１４．２５ｌ【Ｊ／ｍ２，是纯ＰＰ的３．１７倍．这一结果与改性ＣａＣＯ，三元体系较未改性ＣａＣＯ，三元体系存在着更多的ＥＰＤＭ包裹ＣａＣＯ，的“壳核”粒子有关．

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ＳＴＵＤＹＯＮＰＨＡＳＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥＡＮＤＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳＯＦ

ＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３ＴＥＲＮＡＲＹＣＯＭＰＯＳＩＴＥＳ

ＺＨＵＤｅｑｉｎ，ＳＨＥＮＧＹｕ，ＷＡＮＧＪｉａｎｆｅｎｇ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ

ｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄ

Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆如Ｍ。ＦｕｊｉａｎＮｏｒｍａｌ狮血∞盼，Ｆｕｄｗｕ

３５０００７）

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｐｈａｓｅ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｏｎｅ

ｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓ

ｔｏ

ｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｐｏｌｙｍｅｒ／ｅｌａｓｔｏｍｅｒ／ｒｉｇｉｄ

ｆｉｌｌｅｒｔｅｒｎａｒｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｉｍｉｎｇｔｏ

ｏｂｔａｉｎｔｈｅｃｏｒｅ／ｓｈｅｌｌｍｉｃｍｓｔｍｃｔｕｒｅｗｉｔｈｃａｌｃｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅ（ＣａＣ０３）

ｐａｒｔｉｃｌｅ

ａｓ

ｔｈｅ

ｃｏｒｅ

ａｎｄ

ｅｔｈｙｌｅｎｅ—ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ・ｄｉｅｎｅ

ｍｏｎｏｍｅｒ

ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ（ＥＰＤＭ）ａｓｔｈｅｓｈｅｌｌ

ｉｎｔｈｅ

ｔｅｒｎａｒｙ

ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ｔｈｅｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ（ＰＰ）／ＥＰＤＭ／ＣａＣ０３ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ｗｅｒｅ

ｐｒｅｐａｒｅｄｕｓｉｎｇ

ｔｗｏ

ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ：ｓｕｒｆａｃｅ

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１１期朱德饮等：ＰＰ／ＥＰＤＭ／ＣａＣＯ，三元复合材料的相结构及力学性能研究１０６７

ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｒｉｇｉｄｆｉｌｌｅｒａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｏｎｔｒ０１．ＴｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄＣａＣ０３（ＰＰＷ—ＣａＣ０３）ｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｕｓｉｎｇａｐａｔｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｌａｙｅｒｏｆｌｏｗｅｒｍｏｌｅｃｕｌａｒｗｅｉｇｈｔｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ（ＰＰＷ）ｏｎｔｈｅＣａＣ０３ｓｕｒｆａｃｅｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｂｏｎｄｉｎｇ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｈａｓａｔｗｏ—ｓｔｅｐｐｒｏｃｅｄｕｌｌ．Ｆｉｒｓｔ，ＥＰＤＭＷａｓｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇｉｎａｔｗｉｎ．ｒｏｌｌｍｉｌｌｗｉｔｈｌａＷＣａＣ０３ｏｒＰＰＷ—ＣａＣ０３ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｐｕｌｖｅｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄＥＰＤＭ／ＣａＣ０３

ｏｒＥＰＤＭ／ＰＰＷ—ＣａＣ０３ｐｏｗｄｅｒＷａｓ

ｃｏｍｐｏｕｎｄｉｎｇｗｉｔｈ

ＰＰｉｎａｔｗｉｎ—ｓｃｒｅｗｅｘｔｒｕｄｅｒ．Ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｐｈａｓｅｓｔｍｃｔｕｌｌｓｉｎ

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ＫｅｙｗｏｒｄｓＣａｌｃｉｕｍｃａｒｂｏｎａｔｅ，Ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ，Ｅｔｈｙｌｅｎｅ—ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ—ｄｉｅｎｅｍｏｎｏｍｅｒｃｏｐｏｌｙｍｅｒ，Ｐｈａｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

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