砝灰石( CaSi03)是一種鏈狀、鈣質偏硅酸鹽礦物，具有低吸水性、化學穩定性好、價格低廉和機械性能優良等性能。形態上與短玻纖、晶須等類似，生產成本則與CaC03相當，因此有望成為一種新型的高xjb的增強填料。硅灰石在PP中的應用是近年來的研究熱點之一。聚丙烯( PP)是一種成本低、性能優異、用途廣泛的高分子材料。PP/硅灰石復合材料熔體流動性好、加工容易，可改善制品表麗光滑性，提高材料的熱穩定性，降低成型收縮率嘲。

  劉新海等發現硅灰石改性產品表面由親水性變為疏水性，并且用這種硅灰石改性的PP具有良好的補強特性。李建杰等圈發現改性硅灰石填充PP，對PP的耐熱性和耐寒性有明顯的改善。單傳省闖制備PP／硅灰石，實驗得出硅灰石改性后有效地提高了復合體系的強度和韌性。Dasari等研究了PP/硅灰石的防刮擦住能。結果表明，硅灰石粒子對PP有增強作用。周曉東等的實驗表明硅烷偶聯劑處理硅灰石能顯著提高復合材料的拉伸模量和彎曲模量。

  本研究根據硅灰石獨特的針狀特征，選用硅烷偶聯劑( KH550、KH570)、鈦酸酯偶聯劑（NDZ-201）和鋁酸酯偶聯劑(DL411-A)對硅灰石進行表面改性并進一步制備了PP／硅灰石復合材料，探討了不同偶聯劑改性硅灰石對復合材料結構和性能的影響。

l  實驗部分

1.1主要原料

PP: EP300H，中海殼牌石油化工有限公司：硅灰石：1250目，市售：硅烷偶聯劑(KH550、KH570)：曲阜晨光化工有限公司：鈦酸酯偶聯劑(NDZ-201)、鋁酸酯偶聯劑( DL-411-A)：南京道寧化工有限公司：無水乙醇：分析純，天津江天化工有限公司：液體石蠟：化學純，天津北方天醫化學試劑廠。

1.2主要設備及儀器

球磨機：ND7 -2L，南京南大天尊電子有限公司：同向雙螺桿擠出機：長徑比36，昆山科信橡膠機械有限公司：全液壓四缸直鎖兩板式注塑機：JPH50，廣東泓利機器有限公司：電子{wn}試驗機：CMT4503，深圳市新三思材料檢測有限公司：簡支梁沖擊強度測試儀：SE-2，上海科學用品采購供應站：

熔體流動速率儀：RL-ZIB，，上海思爾達科學儀器有限公司：掃描電子顯微鏡：JSM-6390LV，日本JEOL公司：紅外光譜測試儀：TENSOR27，德國布魯克公司。

1.3試樣制備

(1)硅灰石表面處理

將硅灰石加入到裝有一定濃度的乙醇溶液的三口瓶中，三口瓶置于80 ℃恒溫水浴中，緩慢滴加偶聯劑稀釋劑溶液，滴加wq后繼續攪拌30 min后取出，超聲分散，抽濾，洗滌，在80 ℃干燥箱中干燥。將干燥的預處理過的硅灰石置于球磨機中，以200 r／nun的轉速，球磨1 h，取出放入密封袋備用。

(2) PP/硅灰石復合材料的制備

 將干燥的PP、不同偶聯劑處理的硅灰石按照硅灰石質量分數為20 %的比例在高速混合機中分別混合均勻，加入到雙螺桿擠出機中熔融共混、擠出造粒，制得PP/硅灰石復合材料。擠出工藝條件為：一段、二段、三段、四段、五段的溫度分別為180、195、220、220、195℃：螺桿轉速為60 r/min。{zh1}，將干燥好的粒料用注塑機制成標準試樣。

1.4性能測試

按GB/T 1040-2006對啞鈴型樣條進行拉伸性能測試，拉伸速度為50 mm／min實驗標距為25 mm。按CB/T 9341-2008進行彎曲強度測試，試驗速度為2mm/min。按GB/T 1043-2008洌試常溫缺口沖擊強度。

按GB/T 3682-2000測試熔體質量流動速率(MFR)，測試溫度為190℃，實驗負荷為2.16 kg。

TIR分析：采用溴化鉀壓片，分辨率為4 cm-1測試頻率范圍4 000—400 cm-1。

   SEM分析：將處理好的硅灰石粉末經噴金處理，觀察表面形態：PP，硅灰石復合材料的沖擊樣條斷面經噴金處理，觀察斷面形態。

活化指數測試：稱取一定量處理過的硅灰石粉，倒入分液漏斗中，加入適量的蒸餾水，充分振蕩5min后靜置分層，分別取出漂浮物和下沉物干燥至恒重，稱其質量。按式(1)計算活化指數。

活化指數=漂浮物質量／樣品總質量   2結果與討論

2.1  硅灰石表面處理研究

2.1.1    FTIR分析

硅灰石啜收峰在400—4000 cm一1范圍內可分為兩個部分：{dy}部分900 ~1100 cm-1范圍內的吸收帶強度大，歸屬于Si-O-Si的反對稱伸縮振動和O-Si-0的伸縮振動的吸收帶：第二部分在600。700 cm一1范圍內，這個吸收帶中等強度且窄，它是硅灰石結構中硅氧四面體鏈中三種重復排列的硅氧四面體的（四箍體外）Si-0 -Si的對稱伸縮振動吸收帶]在400 ~2 700 cm_1的位置時，幾乎沒有差別，表明偶聯劑處理硅灰石并未改變硅灰石本身的特征峰。從局部放大圖可以看出，在3 429 cm處有一個明顯而且較緩的吸收峰，認為是O-H伸縮振動吸收峰，表明未改性的硅灰石表面含有大量的羥基。O-H伸縮振動吸收峰強度均明顯加大且發生了偏移，并且在2917、2876 cm-1處出現了新的吸收峰，經分析為甲基和亞甲基的特征吸收峰咖，說明改性后硅灰石粉體表面有有機物存在，使得羥基增多。這是因為偶聯劑對硅灰石進行表面處理時，首先自身水解成硅醇，然后再與硅灰石顆粒表面的羥基反應，形成化學鍵。同時，偶聯劑各分子的硅醇之間也相互締合，形成網狀的膜或顆粒聚集體附著在顆粒表面，使硅灰石的表面有機化。

2.1.2    SEM分析

未處理的硅灰石呈長柱狀或針狀結構，棱角尖銳、清晰，顆粒大小不均，且硅灰石顆粒表面較光滑。在2 000倍率下，可以清楚地看到硅烷偶聯劑KH570、KH550處理硅灰石的表面附著了許多細小顆粒，在500倍率下同樣可以看出硅灰石表面有大量附著物存在，且分布較均勻，因此，硅灰石粉體的比表面積大大增加，易于提高其與PP的相容性.經NDZ-201和DL411-A偶聯劑處理后硅灰石的邊緣圓潤，尖銳的棱角被鈍化，光滑的表面上由于附著了許多白色顆粒變得粗糙o

2.1.3活化指數分析

活化指數法是評價礦物表面改性效果的常用方法之一，它反映了礦物粉體的改性程度。認為未處理硅灰石的活化指數是O%。改性后硅灰石表面性質發生明顯改變，隨著偶聯劑用量的增加，處理硅灰石活化指數逐漸增大。這主要是因為在處理過程中，極性硅灰石粉體表面逐漸附著上非極性的偶聯劑。改性后其對水呈現出較強的非潤濕性，這種非潤濕性的小顆粒像油膜一樣漂浮在水的表面，偶聯劑用量{zj0}時，在硅灰石表面形成比較完整的包覆層，粉體之間分散性好，使得非潤濕性的顆粒大大增加。其中KH570和DL-411-A效果較佳，而KH550和NDZa01效果相對較差。

2.2表面處理對PP/硅灰石復合材料性能的影響

2.2.1拉伸性能

KH570、DL-411-A用量對復合材料拉伸性能的影響。隨著KH570用量的增加，材料的拉伸強度呈上升趨勢，KH570質量分數為2．0%時，復合材料的拉伸強度達27.64 MPa，較未處理提高了37. 3%。隨鋁酸酯用量的增加復合材料的拉伸強度呈先上升后下降的趨勢，當DL-411-A質量分數為1.5%時，拉伸強度為23.07 MPa，提高了14. 6%。這是因為經處理后的硅灰石與聚丙烯之間形成更加密實的柔性界面層。當材料受到外力作用時，此柔性界面層可以更好地傳遞應力、耗散能量，這樣復合材料的拉伸性能得到了較大的提高。與硅烷偶聯劑相比，鋁酸酯偶聯劑的相對分子質量更大，分子鏈更長且柔性大，與PP基體樹脂纏結作用強，復合體系的強度提高不大。

2.2.2彎曲性能

 KH570、DL-411-A用量對復合材料彎曲強度的影響。隨KH570用量的增加，復合材料的彎曲強度先減小后增加，當其質量分數為2. 0%時，彎曲強度較未處理提高了5. 0%。DL411-A的加入使材料的彎曲強度稍有減小，表明其在提高復合材料剛性方面效果稍差。

2.2.3缺口沖擊性能

 KH570、DL411-A用量對復合材料缺口沖擊性能的影響。KH570的加入使得硅灰石/PP復合材料的缺口沖擊性能下降，這是因為KH570使得硅灰石對PP的異相成核作用增強，結晶度增加，而PP基體會隨結晶度的提高而變脆，韌性降低，所以體系的缺口沖擊強度減?。憾X酸酯用量較低時，其分子中異丙氧基與硅灰石表面羥基的作用不wq，使得材料韌性變差，用量繼續增加時，缺口沖擊強度呈上升趨勢，這是因力偶聯劑在硅灰石與PP之間形成一定厚度的柔性界面層，在當受到外界沖擊時，DL-411-A柔性層能吸收沖擊能，使得體系的缺口沖擊強度略有增大。

2. 2.4    MFR分析

KH570、DL411-A用量對復合材料熔質量流動速率的影響。隨著KH570用量的增加，復合材料的MFR呈減小趨勢，KH570水解產物一端硅灰石表面羥基的化學反應使偶聯劑與硅灰石有一穩定而牢固的連接叫，另一端與PP分子發生纏將聚合物與填料緊密連接起來，極大限制了PP分鏈的移動，從而促使復合材料的熔體黏度增大。此外，隨DL-4114用量的增加，MFR值呈上升趨勢，  當DL-411-A質量分數為1.5%時，材料的MFR達到{zd0}5. 51g/lOmin。這是因為偶聯劑長鏈改變硅灰石界面處的表面能，使得硅灰石、PP復合材料黏度減小，提高了體系的熔融流動性。

2.2.5  偶聯劑對PP/硅灰石斷面形貌的影響 

純PP、未處理硅灰石／PP復合材料，KH570處理硅灰石/PP復合材料、DL-411-A處理列灰石/PP復合材料的沖擊試樣斷面SEM照片。，純PP斷面較光滑，呈脆性斷裂而，中斷面均出現片層狀結構，為韌性斷裂行為表現。在PP／未處理硅灰石復合材料體系中，當硅灰石填料未經處理直接填充時，無粒子在基體中分散情況不好，有明顯的團聚現象，說明無機硅灰石粒子與基體聚合物之間的相容性差，此外，在斷口表面還可以明顯地看到有硅灰石在斷口表麗還可以明顯地看到有硅灰石粒子脫落的痕跡，很多硅灰石顆粒并沒有很好地與PP基體結合，而只是輕微地連在基體上，這也表明硅灰石粒子與基體樹脂之間的界麗作用力比較微弱。當硅灰石經過偶聯劑表面處理后，與基體之間的相容性要明顯好于未處理的硅灰石，大多數填料粒子雖一端被拔出但另一端仍嵌在PP基體中，整體的分散性也要比未處理的硅灰石好，兩者的界面較為模糊。這說明偶聯荊處理能使硅灰石和PP形成較強的界面結合，在復合材料受到外力作用時，處理硅灰石可以承載和傳遞更多的應力，對PP起到更好的增jx果。  

3結論

1）本文采用的四種偶聯劑與硅灰石表面羥基發生化學作用，使硅灰石的表面有機化。而且KH570、DL-411-A對硅灰石的處理效果較佳。

2)KH570質量分數為2%、DL-411-A質量分數為1.5%時，硅灰石／PP復合材料的拉伸強度和彎曲強度達到{zd0}值；KH520處理后沖擊強度下降，而DL-411-A的加入使沖擊強度略有提高，并且體系的熔體流動性也得到改善。

3）偶聯劑處理硅灰石在PP中的分散性及其與PP的界面結合性能得到了明顯提高