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慧正資訊：硅灰石被認(rèn)為是一種質(zhì)優(yōu)價廉的天然無機(jī)礦物微纖維，通常呈現(xiàn)片狀、放射狀或纖維狀集合體。天然硅灰石通常呈現(xiàn)白色或灰白色，主要成分是偏硅酸鈣, 密度2.78-2.91g/cm3，硬度4.5-5.0。
硅灰石具有許多優(yōu)良性能，包括無毒、耐化學(xué)腐蝕、吸油性和吸水性低、突出的力學(xué)性能、良好的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性等。由于這些獨(dú)特的性質(zhì)，硅灰石在高分子樹脂復(fù)合改性領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，可以改善復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性和表面光滑性，提高復(fù)合材料的拉伸、彎曲和沖擊性能。
但是，硅灰石微粉的表面性質(zhì)與常用樹脂基體顯著不同。為了充分發(fā)揮硅灰石粉自身獨(dú)特的針狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，非常有必要對其進(jìn)行表面化學(xué)改性使其和樹脂基體表面性質(zhì)相同，從而實(shí)現(xiàn)對樹脂的增強(qiáng)、增量和改進(jìn)制品性能的作用。
本研究采用低聚短鏈烷基硅烷對江西廣源化工生產(chǎn)的硅灰石GY-4000進(jìn)行表面改性，并將改性后的硅灰石和聚丙烯樹脂復(fù)合，研究表面改性硅灰石對PP樹脂基復(fù)合材料的密度、熔融指數(shù)、熱變形溫度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量等綜合性能的影響。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 改性硅灰石粉體制備
稱取5kg干燥后硅灰石粉加入到高速混合機(jī)中進(jìn)行表面改性，加入計(jì)量的低聚短鏈烷基硅烷，設(shè)置反應(yīng)溫度為50℃，改性時間為20min，攪拌速度1250r/min，經(jīng)過設(shè)定時間的高速攪拌后，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)低速攪拌冷卻出料。
1.2 PP樹脂基復(fù)合材料制備
PP樹脂基復(fù)合材料按照如下配方進(jìn)行生產(chǎn)制備， PP：3000g，硬脂酸：30g，鈣鋅穩(wěn)定劑：15g，復(fù)合抗氧劑：6g，硅灰石：分別為450g、600g、750g和900g。將配好的各種原材料在高速攪拌機(jī)中混料10min保證各物料組分混合均勻，采用雙螺桿擠出機(jī)在擠出溫度為175-190℃下進(jìn)行擠出造粒，將粒料在真空烘箱中烘干24h以上，然后采用注塑機(jī)在注塑溫度200-220℃和壓力50-70MPa進(jìn)行注塑成型，注塑得到的標(biāo)準(zhǔn)樣條靜置24h進(jìn)行性能測試。
1.3 性能測試與結(jié)構(gòu)表征
按照GB/T 1033.1-2008測試樣品的密度；按照GB/T 3682-2000測試熔融指數(shù)，溫度230℃，壓力設(shè)為2.16kg；按照GB/T 1633-2000測試樣品的熱變形溫度；按照GB/T1040-2006測試樣品的拉伸性能，拉伸速度為10mm/min；按照GB/T9341-2008測試樣品的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量，試驗(yàn)速度為2mm/min。
2 結(jié)果與討論
2.1 改性硅灰石對PP樹脂基復(fù)合材料密度的影響
圖1為硅灰石的填充含量對制備的PP樹脂基復(fù)合材料密度的影響。從圖中可知，與純PP樹脂相比，改性硅灰石的加入增大了復(fù)合材料的密度，且密度與硅灰石的添加份數(shù)成正比關(guān)系。填充份數(shù)為0時，純樹脂的密度為0.898g/cm3,填充份數(shù)為20時，PP樹脂基復(fù)合材料的密度增長到0.997g/cm3，進(jìn)一步增大填充份數(shù)為30時，PP樹脂基復(fù)合材料的密度增長到1.049g/cm3。
圖1 硅灰石含量對PP樹脂基復(fù)合材料密度的影響
2.2 改性硅灰石對PP樹脂基復(fù)合材料熔融指數(shù)的影響
圖2 硅灰石含量對PP樹脂基復(fù)合材料熔融指數(shù)的影響
圖2為硅灰石的填充含量對制備的PP樹脂基復(fù)合材料熔融指數(shù)的影響。測試結(jié)果表明，純PP樹脂的熔融指數(shù)為2.76g/10min,填充份數(shù)為20的PP樹脂基復(fù)合材料的熔融指數(shù)為2.788g/10min，填充份數(shù)為30的PP樹脂基復(fù)合材料的熔融指數(shù)為2.676g/10min。與純PP樹脂相比，改性硅灰石的加入對PP樹脂基復(fù)合材料的熔融指數(shù)未產(chǎn)生顯著影響，說明高含量硅灰石的填充不會使PP樹脂基復(fù)合材料的加工流動性變壞，這對于樹脂基復(fù)合材料的加工成型具有重要的意義。
2.3 改性硅灰石對PP樹脂基復(fù)合材料熱變形溫度的影響
圖3為硅灰石的填充含量對制備的PP樹脂基復(fù)合材料熱變形溫度的影響。從圖3可以清楚的知道，改性硅灰石的加入顯著改善了PP樹脂基復(fù)合材料的熱性能。與純PP樹脂相比，改性硅灰石的加入明顯提高了PP樹脂基復(fù)合材料的熱變形溫度，硅灰石添加份數(shù)為20份時其熱變形溫度達(dá)到最高82.5℃，提升幅度為9.9℃(13.6%)，說明改性硅灰石的加入提高了材料的熱穩(wěn)定性，有利于PP樹脂基復(fù)合材料及其器件在較高溫度下的使用安全和壽命。
圖3 硅灰石含量對PP樹脂基復(fù)合材料熱變形溫度的影響
2.4 改性硅灰石對PP樹脂基復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響
圖4為硅灰石的填充含量對制備的PP樹脂基復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響。從圖4可知，純PP樹脂的拉伸強(qiáng)度為22.818MPa,填充份數(shù)為20的PP樹脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為21.555Mpa,填充份數(shù)為30的PP樹脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為20.251MPa。結(jié)果表明，與純PP樹脂相比，改性硅灰石的加入輕微降低了PP樹脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，說明硅灰石在高填充量的情況下基本不會損失PP樹脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。
圖4 硅灰石含量對PP樹脂基復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響
2.4 改性硅灰石對PP樹脂基復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響
圖4為硅灰石的填充含量對制備的PP樹脂基復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響。從圖4可知，純PP樹脂的拉伸強(qiáng)度為22.818MPa,填充份數(shù)為20的PP樹脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為21.555Mpa,填充份數(shù)為30的PP樹脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為20.251MPa。結(jié)果表明，與純PP樹脂相比，改性硅灰石的加入輕微降低了PP樹脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，說明硅灰石在高填充量的情況下基本不會損失PP樹脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。
圖5 硅灰石含量對PP樹脂基復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度和彎曲模量的影響
圖5為硅灰石的填充含量對制備的PP樹脂基復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度和彎曲模量的影響。與純PP樹脂相比，改性硅灰石的加入明顯提高了PP樹脂基復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量，硅灰石添加份數(shù)為25份時PP樹脂基復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度最大為35.89 MPa，提升幅度為3.541MPa（10.9%）,硅灰石添加份數(shù)為30份時PP樹脂基復(fù)合材料的彎曲模量最大值1909.5Mpa，增大了435.4MPa（34.2%）。
3 結(jié)論
采用低聚短鏈烷基硅烷對江西廣源化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)的硅灰石GY-4000進(jìn)行表面改性，將制備的改性硅灰石作為填料與PP樹脂復(fù)合制備出復(fù)合材料，詳細(xì)研究了改性硅灰石對PP樹脂基復(fù)合材料綜合性能的影響。結(jié)果表明：
（1）與純PP樹脂相比，改性硅灰石的加入增大了復(fù)合材料的密度，且密度與硅灰石的添加份數(shù)成正比關(guān)系。
（2）改性硅灰石的加入對PP樹脂基復(fù)合材料的熔融指數(shù)未產(chǎn)生顯著影響，說明高含量硅灰石的填充不會使PP樹脂基復(fù)合材料的加工流動性變壞。
（3）改性硅灰石的加入顯著改善了PP樹脂基復(fù)合材料的熱性能，有利于PP樹脂基復(fù)合材料及其器件在較高溫度下的使用安全和壽命。
（4）改性硅灰石在高填充量的情況下基本不會損失PP樹脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，反而明顯提高了PP樹脂基復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量。
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