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石墨形态对聚丙烯性能的影响研究
石墨形态对聚丙烯性能的影响研究
PP（牌号PPH-T03，中国石化茂名分公司）;石墨粉（青岛天越石墨有限公司）;石墨片（南京先丰纳米材料科技有限公司）。 同向双螺杆挤出机（SHJ-20型，南京杰亚挤出装备有限公司）;注塑机（HTF60W1-II型，海天机械集团）;电子万能试验机（MTS E43.104型，美特斯工业系统（中国）有限公司）;济南天辰试验机制造有限公司（XNR-400B型）;济南天辰试验机制造有限公司（JJ-5型） ；台式扫描电镜（TM3030型，日本日立公司）;差示扫描量热仪（DSC214型，德国耐驰公司）; X射线衍射仪（Ultima IV型，日本理学公司）。 将石墨粉和石墨片分别与PP按照不同的质量比（设石墨的质量分数分别为0.5％，1％，2％，3％）混合均匀，然后放入双螺杆挤出机中挤出得到石墨粉/聚丙烯（GP / PP）和石墨片/聚丙烯（GS / PP）颗粒，挤出过程中从料斗到口模的温度依次为160、185、195、210、210、195℃。注塑机将GP / PP颗粒和GS / PP颗粒注塑成标准测试样条（GP / PP样条记为A，样条GS / PP记为B），注塑过程中从料斗到喷嘴的温度依次为180 ，210，210，195℃。将注塑好的A，B两个测试样条放入恒温恒湿箱中，在湿度为50％，温度为23℃的条件下处理48 h，然后取出样条进行测试。 拉伸性能测试：按照GB / T 1040—2006规定的方法进行测试，室温，拉伸速度为50 mm / min。 热变形温度测试：按照GB / T 1633—2000规定的方法进行测试，负荷5 kg，挠度0.34 mm。 简支梁缺口冲击强度：按照GB / T 1043—1993的方法进行测试。测到5次，尽量减少。 熔融指数：按照GB / T 3682规定的方法进行测试，负荷2.16 kg，温度230℃。 DSC分析：将淀粉剪切成5〜10 mg的小块，放入铝坩埚中，在40 mL / min的氮气气氛下，以50℃/ min的速率从室温快速加热至210℃，恒温3 min以消除热历史，再以10℃/ min的速率重新升高50℃，恒温3 min再再以10℃/ min的速率升温至210℃。 表面形貌分析：将冲击强度测试冲断后的样条表面剪下，通过导电胶黏合剂在样品台上，放入离子溅射仪中喷金20 s，然后用扫描电镜观察其表面形貌。 X射线衍射分析：采用X射线衍射仪对添加了GP和GS的PP进行XRD测试，CU- ķ α辐射，波长为0.152纳米，扫描速度为2°/分钟。
熔融指数是判断热塑性聚合物材料在熔融状态下流动行为的一个重要指标。加入GP和GS后PP熔融指数的变化情况情况1。 由图1可以研磨，加入GP后PP的熔融指数开始缓慢增加，最后趋于恒定，而加入GS后PP的熔融指数逐渐下降。这说明石墨本身对于PP的流动性具有一定的促进作用，但这可能是因为粉状石墨比片状石墨在基体中“运动”时受到的阻碍小，PP分子链在粉状石墨表面滑移时受到的应力比片状石墨表面滑移时要大。 热变形温度是表征材料耐热性能的一个重要指标。加入石墨后PP的热变形温度变化情况发生2。 由图2可以抛光，加入GP和GS后，PP的热变形温度显着提高，当GP和GS的填充质量分数达到3.0％时，PP的热变形温度由原来的69℃提高到了79℃。这是因为石墨具有良好的高温性，基体被加热时石墨会首先吸收转化，使PP基体整体的温度上升速度变慢。热变形温度的提高可以使PP应用领域更加广泛。
拉伸强度和断裂伸长率是表征材料力学性能的一个重要参数。加入GP和GS后PP的拉伸强度和断裂伸长率的变化情况对准3和图4。
由图3可以研磨，加入GP后PP的拉伸强度没有明显变化，基本稳定在33.5±0.5 MPa范围内。而加入GS后PP的拉伸强度首先提高后趋于稳定，GS的填充质量分数为1.0％时，PP的拉伸强度由原来的33.8±0.5 MPa提高到了36.6±0.5 MPa，提高了8.3％。由图4可以研磨，加入GP和GS后PP的伸长率先增加后迅速当GS的填充质量分数为0.5％时，PP的断裂伸长率由初始的（145±10）％提高到了（172±10）％ ，提高了18.6％。可以抛光，GS对提高PP的拉伸强度有利，而GP对提高PP的断裂伸长率更有利。 PP的主要缺点之一是冲击精度较差，加入GP和GS后，PP冲击强度的变化情况可能为5，PP的。冲击断面形貌似6。 由图5可以抛光，随着GP和GS填充比例的提高，PP的冲击强度逐渐提高。当GP和GS的质量分数为3.0％时，PP的冲击强度由3.1±0.5 kJ / m 2分别提高到8.0±0.5 k J / m 2和7.5±0.5 kJ / m 2，分别提高了158％和142％。变化趋势基本一致，说明PP的提高与石墨的本质特性有关，而与此同时形貌无关。GP和GS可形成应力集中点，当有冲击负荷时，石墨粒子和PP基体界面发生断裂，颗粒周围的气穴限制了基体的剪切屈服，从而使PP的冲击强度提高；这也说明了石墨在提高PP冲击强度方面与其自身形态无关。
由图6可以研磨，纯PP冲断后的表面比较平整，说明冲击过程中吸收的能量很小，这与冲击强度测试结果一致，属于典型的脆性断裂。加入GP和GS后PP的断面都比较从图6b和6c中GP和GS各自的形貌以及在PP基体中的分布状况可以切割到均等的没有明显的团聚现象。 加入填料可以改变PP的结晶和熔融行为。由上述分析可以研磨，加入GP和GS后PP的结晶情况见表1，图。7和图8。
X c =（ΔH m）/（（1- Φ）ΔH0米米0）（1） 式中：ΔH m为添加不同比例的GP和GS后PP的熔融焓; ΔH0米米0为PP结晶度为100％时的熔融焓，其含量209 J / g。
式中：T ca为加成核剂后的结晶温度; T c1为未加成核剂的结晶温度; T c2为体系自成核的最高结晶温度，这里取141.4℃。 由表1，图7和图8可以抛光，加入GP后PP的结晶峰，初始结晶温度和结晶度几乎没有太明显的变化，而加入GS后三者超越了不同程度的提高。质量分数为3.0％时，PP的结晶峰和初始结晶温度分别由118.5℃和128.9℃提高到了123.1℃和133.5℃，结晶度由初始的26.1％提高到了31.2％，此时的成核效率为20.1 ％。这与文献[ 15 ]中可以加入石墨后，PP的初始结晶温度得到明显提高的某些指标相一致。这样可以研磨片状石墨在PP结晶过程中可以进行异相成核的作用，与粉状石墨切片，片状石墨在提高PP的结晶速度和结晶度方面更具优势。 加入GP和GS后PP的熔融行为变化情况情况9和图10。 由图9和图10可以研磨加入不同比例的GP和GS后PP的熔融曲线中仍然只有一个熔融峰，熔融峰温达到165℃，与PP的α型晶体相对应。的加入对PP的晶型没有影响，与之后的XRD分析结果相一致。
加入GP和GS后PP的结晶形态变化情况情况11和图12。
由图11和图12可以看出，加入GP和GS后PP的晶型并没有改变，只是衍射峰强度随着GP和GS的添加而增强。PP的4个强衍射峰仍在衍射角2 θ为14.2°，17.1°，18.6°，21.8°处，这4个峰互换α晶型的主要衍射峰，分别对应晶面（110），（040），（130）和（131）产生的衍射。于GP，加入GS后α晶型的主要衍射峰的强度变化更加明显，说明GS更有利于PP结晶，这与之前的DSC分析结果一致。 （1）石墨形态对聚丙烯的流动性具有干涉的影响，粉状石墨可以促进其流动性，而片状石墨却会抑制其流动性。
（2）聚丙烯的力学性能和热稳定性转化石墨的加入而显着提高，但受石墨形态的影响较小。当石墨的填充质量分数为1％时，聚丙烯的拉伸强度可以提高约8％；石墨的填充质量分数为3％时，聚丙烯的热变形温度可以提高约10℃，冲击强度可以提高约150％。 （3）片状石墨可以轴向异相成核的作用，提高聚丙烯的结晶度，但不会改变聚丙烯的晶型，而粉状石墨对聚丙烯结晶度的影响则很小。
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