改性高分子材料可加入適量的填材料，以降低原材料成本，進而達到增量、增強的目的;或以犧牲材料的某些性能，提高人們所希望的特定性能。硅灰石價格低廉，主要成分為硅酸鈣。其作為填充劑的復合材料廣泛應用于電子元件、封裝材料、篙性能橡塑制品、汽車殼體、模具以及光盤材料等領域。如超細改性高長徑比硅灰石和碳纖維填充聚四氟乙烯樹脂可制成耐用、不泄漏的自動密封圈體，應用在減壓閥、蝶閥以及壓縮機反復軸中。

    本研究利用擠出機制備聚丙烯(PP)／硅灰石復合材料，并在此基礎上制備了PP/硅灰石／彈性體共混物，為了提高組分間的界面結合力，添加了增容劑馬來酸酐接枝桑丙烯(PP-g-MAH)，并對體系的力學性能及斷口形貌進行了研究。

    l實驗部分

    1.1實驗原料

    PP:粉料，P340A，遼寧華錦化工集團;乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)：粒料，28 /420，法國埃菲爾公司;苯乙烯一丁二烯一苯乙烯(SBS)：粒料，1310，廣東茂名石化有限責任公司;硅灰石：1 250目，遼寧天石礦業有限公司;MAH、硬脂酸、無水乙醇、過氧化苯甲酰( BPO)、2，6-=叔丁基甲苯酚、硅橡膠、丙酮：市售。

1.2共混物的制備及工藝

本研究采用硬脂酸嘲對硅灰石進行改。用反應性擠出的方法對PP進行MAH熔融接枝。接枝率的測定可按式(1)計算。

        馬來馬來酸酐接枝率%=（0.1/56-0.62v×10-3）×98.06×{bfb}/2·m                        

  式中，V為消耗掉乙酸/二甲苯溶液的體積; m為滴定PP-g-MAH的質量;98. 06為馬來酸酐相對分子質量;公式中數據0.1為稱取0.1 g KOH;數據56為KOH的相對分子質量;數據0.62為5 mL冰醋酸溶液與45 mL二甲苯溶液混合，配制出摩爾濃度為0. 62 mol/L的乙酸／二甲苯溶液。

本研究采用正交實驗法設計實驗方案，選用L9(34)正交表。

擠出機口模溫度控制在140—180℃，螺桿轉速控制在25—35 r/min之間。為了提高共混物的韌性，在體系中添加PP-g-MAH、EVA和SBS，其中EVA、SBS和PP-g=MAH分別占PP/硅灰石總質量的3%、6%、9%、12%、15%、20%。

1.3性能測試

拉伸強度和沖擊強度分別按照：GB/T 1040-1992和GB/T 1043-1993標準執行。

 拉伸斷口噴金處理，在SSX-550型掃描電鏡上觀察并拍照。

2結果與討論

2.1正交實驗數據及處理

   擠出口模溫度對MAH接枝率的影響{zd0}，其次為MAH的加入量，而BPO加入量對接枝率的影響最小。BPO在133℃時的半衰期為l min，根據阿累尼烏斯公式計算得出其在140、150、160℃的半衰期分別為0.556、0. 224、0.098  min，為了使BPO引發劑wq分解（保證其分解量達到94%以上），在工藝控制上應使其受熱時間為半衰期時間的4—7倍。而且在擠出過程中，選用的螺桿轉數為30 r/min，此時從加料到擠出需要大約45 s的時間。根據半衰期及正交實驗表，確定實驗的{zj0}實驗方案為：100份PP中加入2份MAH、0.3份BPO，口模溫度為150℃。對此條件下擠出的PP-g-MAH進行接枝率的測定，其接枝率為5. 80%，確為接枝率{zg}的。

2.2硅灰石填充改性PP體系的力學性能

 無論是共混物的拉伸強度還是沖擊強度，都隨硅灰石用量的增加呈現先升高再下降的趨勢。其升高的原因是由于經改性后的硅灰石與硬脂酸之間發生化學反應或化學吸附，即在硅灰石表面產生羧酸鹽產物，它會在硅灰石與PP間架起“橋梁”，使硅灰石與PP間形成完整的界面，增加基體和填料之間界面層的厚度：而且硅灰石與硬脂酸強烈的化學鍵合作用使得硅灰石和PP兩者更易結合形成穩定的界面，增強了界面作用力。因此當受到外力沖擊時，填料／樹脂界面的過渡層能引導應力偏轉、擴散和釋放，最終達到了改善復合體系抗沖擊性能的目的，并且剛性硅灰石粒子的加入，使PP的應力集中狀況發生了改變。拉伸時，基體對粒子的作用是在兩極表現為拉應力，在赤道位置為壓應力，由于力的相互作用，粒子在赤道附近的PP基體也受到來自粒子的反作用力，三個軸向應力的協同作用有利于基體的屈服，而屈服要消耗很多的能量，使得復合材料表現出高韌性。

當硅灰石質量分數大于20%后，隨著硅灰石用量的增加，其拉伸強度迅速下降。這是由于硅灰石具有一定的長徑比，低含量的硅灰石對PP基體具有一定的增強作用，但隨著體系中硅灰石含量的增加，在成型過程中粒子之間因擠壓碰撞而使部分粒子折斷，其針狀形態被破壞，從而造成體系中硅灰石粒子的平均長徑比減小：同時，隨著硅灰石含量的增加，使PP熔體的流動性下降，過量的針狀硅灰石不能與基體材料形成良好的接觸面而發揮增強作用。上述兩個方面造成了硅灰石對PP增強作用的降低。

當硅灰石質量分數大于30%時，PP/硅灰石填充復合體系韌性迅速劣化，并且劣化的程度隨填充量的增大而增大。這是因為隨著硅灰石含量的增加，無機粒子在樹脂中難以及時分散，因此在擠出過程中團聚，熱應力無法得到緩解，造成復合材料內部應力集中區域較多，在受到短促的沖擊力時，應力集中區域來不及得到緩解，從而導致材料沖擊性能的劣化，所以隨著填充量的增大這種現象就變得更加明顯。

2.3不同增韌劑對PP/硅灰石共混體系力學性能的影響硅灰石的加入雖然提高了共混物的剛性，但卻使材料的沖擊強度降低。為此，在PP/硅灰石體系中添加增韌劑EVA和SBS及增容劑PP-g-MAH，以改善PP/硅灰石體系的韌性。

2.3.1    EVA增韌硅灰石/PP共混休系的力學性能

     隨著EVA用量的增加，共混物的拉伸強度一直呈下降趨勢，并且在EVA用量大于12份后顯著下降。這是由于EVA的拉伸強度遠比PP低，從而造成拉伸強度有所下降。而沖擊強度在EVA小于10份時出現小幅上升，這是由于部分硅灰石被EVA所包覆，在這種共混體系中包覆在硅灰石表面的EVA，較之分散在PP基體中更有利于韌性的提高。但當EVA用量大于10份以后，沖擊強度迅速下降。這是因為EVA極性與PP極性相反而導致其分散性差，與PP的黏合性也較差，從而降低硅灰石與PP的黏合性能翩，結果導致共混體系沖擊強度降低。

2.3.2 SBS增韌硅灰石/PP共混體系的力學性能

隨著SBS用量的增加，共混物的拉伸強度和沖擊強度都呈現先上升后下降的趨勢，并且在SBS用量大于12份后拉伸強度迅速下降。這是由于當SBS用量低時為分散相，在PP的連續相中形成海島結構，在相界面區因鏈段的相互擴散作用，形成了過渡區結構，從而通過剪切變形克服應力集中，阻止無機粒子與PP基體的剝離與裂紋的發展，這種過渡區結構對PP的增韌起著主要作用，并且少量SBS -定程度分散在連續相中，類似成核劑，改變部分PP的結晶狀態，從而可以提高PP的沖擊強度。但當其用量大于12份后力學性能迅速下降，這可能是因為SBS及硅灰石在基體中分散不均勻造成的。

2.3.3  增容劑PP-g-lVIAH對硅灰石/PP共混體系的力學性能的影響

無論是共混物的拉伸強度還是沖擊強度，都隨PP-g-MAH用量的增加呈現先升高再下降的趨勢。當添加量為15份時，共混物的拉伸強度和沖擊強度達到{zd0}值。這是因為PP-g-MAH的加入在PP基體中引入了酸酐極性基團，并有可能與硅灰石表面的硬脂酸偶聯劑發生化學反應，在硅灰石與基體的界面上形成化學鍵，從而提高硅灰石的增jx果。并且PP-g-MAH的加入使硅灰石與PP的界面粘接強度提高，PP/硅灰石受到沖擊時，硅灰石能有效地引發基體的屈服和塑性變形。

但當PP-g-MAH用量大于15份后，共混物的力學性能顯著下降。這是由于PP-g-MAH在合成過程中PP大分子在過氧化物的存在下發生降解，從而導致PP摩爾質量的顯著下降。這種較低摩爾質量的存在一方面會使基體變脆，導致沖擊強度下降嘲：另一方面，對共混物的拉伸強度也有負面的影響。

2.4    PP/硅灰石，增韌劑共混體系的SEM分析a-PP/硅灰石質量比   

當硅灰石質量分數為30%時，可以看到大量針狀的硅灰石聚集在斷面，且硅灰石在基體中的分布雜亂無章，斷面起伏不平，有少量硅灰石小粒子脫落，脫落粒子主要是小粒徑粒子，脫落后形成空穴。由此可見，在改性硅灰石／PP復合體系中，沖擊強度的耗散是通過硅灰石剛性粒子與基體之間界面脫黏，針狀硅灰石拔出，剛性粒子與基體之間的摩擦運動及界面層可塑性形變來實現的。

影響共混物形態結構的因素包括界面張力、黏度和剪切速率等。在共混物的形態結構分析中，“軟包硬”理論同樣適用。熱塑性彈性體SBS的加入，SBS充作應力集中點，在拉伸時產生了大量的小裂紋，裂紋要發展就必須拉伸SBS，橡膠形變要吸收大量的能量。并且把剛性硅灰石包覆住。SBS沿受力方向取向，且有明顯的拉拽現象，使SBS呈現絲狀。正是SBS在拉伸時能吸收更多的能量，而這種界面效應使得復合材料斷裂時吸收分散更多的能量，微觀上呈現韌性斷裂特征，在宏觀上表現為力掌性能的提高。

當相容劑PP-g--MAH加入后)，硅灰石試樣的斷面上幾乎看不到wq裸露的針狀硅灰石顆粒，大量的硅灰石都黏附于基體之中，并且存在一些粘連在一起的突起物，這些突起物就是被PP-g-MAH包覆著的針狀硅灰石顆粒。這說明經過表面改性的硅灰石與PP-g-MAH之間的黏結強度較大，幾乎未見脫黏現象。而PP-g-MAH改性的共混物斷面均一，無明顯的相界面，證明兩種聚合物有著良好的相容性。

當增韌劑EVA加入后，雖然EVA也可以包覆硅灰石，甚至有拉伸之后出現的空洞，但硅灰石出現很嚴重團聚的現象，所以即使加入EVA，體系的沖擊強度也沒有提高很大的幅度，EVA增韌PP／硅灰石體系的效果不明顯。

3結論

 1)硅灰石質量分數為30%時，PP復合材料體系的力學性能{zj0}。

  2)制備PP-g-MAH的{zj0}工藝參數：1OO份PP中加入2份MAH、0.3份BPO：口模溫度為150℃，螺桿轉速30 r/min。

    3) SBS用量為15份時，共混體系的沖擊性能{zj0}。EVA效果不明顯。

    4) PP-g-MAH的用量為15份時，體系的沖擊強度和拉伸強度都達到{zd0}值。

5) SEM結果顯示，加入PP-g-MAH后，組鈴間的界面模糊，證明PP-g-MAH的加入提高了組分間的相容性。

??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