碳酸钙填料增韧增强机理及复合偶联剂的改性应用浅析
2020-12-18 17:42:05
采用碳酸钙作为增韧粒子来提高高分子材料的冲击韧性是一种成熟的高分子材料改性技术。碳酸钙对塑料的增韧效果关键取决于碳酸钙与塑料的界面结合强度。而传统的碳酸钙表面处理采用各种酸酯类偶联剂、脂肪酸一盐及接枝物等，对复合材料的冲击韧性提高幅度不大。因此对于复合材料界面改性研究的焦点是开发复合偶联剂。新型的复合偶联剂。通过界面增强剂与偶联剂复合后，对碳酸钙表面进行处理，以提高碳酸钙与聚烯烃两相界面的结合强度，既可改善聚烯烃树脂与无机刚性粒子间的相容性问题，又得到理想的无机粒子包覆层状态，以使复合材料的冲击强度提高。
碳酸钙的增韧增强机理为：
1、当受到外力冲击产生变形时，由于碳钙粒子的存在，产生了应力集中效应，引发其周围的聚基体树脂烯泾的屈服，这种基体的屈服将吸收大量的冲击能，产生曾韧作用；
2、当裂纹遇到碳酸钙粒子时候，会产生订扎-攀越活丁扎-裂纹二次引发效应，使裂纹扩展；
3、两相界面的部分受力碾砣形成空洞，从而使裂纹钝化，不至于发展成破坏性开裂。从碳酸钙的增韧效果，关键取决于聚乙烯与无极填料的两相界面的结合强度。
碳酸钙表面复合活化机理
基于碳酸钙的增韧机理，提高两相的键和强度是提高复合材料强度的关键。采用常规的碳酸钙表面处理技术填充聚烯烃时，其两相界面结构为：
从界面结构上看，偶联剂的官能团与碳酸钙表面的-OH通过化学反应形成化学键，因此，碳酸钙与偶联剂的之间结合力很强，当偶联剂的碳链端长度较短，其长链与聚烯烃的分子链之间只有范德华力结合，产生不了缠结，因此强度较低。当受外力作用时，偶联剂与聚烯烃分子容易脱离，从而对复合材料冲击强度提高幅度不大。在引入了端基具有极性基团的长碳链(100个碳以上)界面增强剂后，偶联剂与聚烯烃分子的结合强度大幅提高。当我们延长了偶联剂的碳链长度，长碳链可与聚烯烃分子链发生缠绕，甚至部分形成共晶，从而起到强桥联作用，使碳酸钙与聚烯烃分子的结合更加牢固。
复合偶联剂含量的影响
复合偶联剂的含量对复合材料的拉伸强度影响不大，对冲击强度有一定的影响，在复合偶联剂的质量为碳酸钙质量的1。8％时，冲击强度达到最大值，因此，复合偶联剂的质量为碳酸钙质量的1.8％。
碳酸钙含量的影响
在复合偶联剂的质量为碳酸钙质量的1.8％的条件下，考察碳酸钙的含量对复合材料性能的影响，实验结果见下图
从上图可看出，随碳酸钙含量的增加，拉伸强度降低，冲击强度先升高后降低，碳酸钙的质量为复合材料质量的35％时，冲击强度达到最大值。因此，确定复合材料中碳酸钙的最佳质量份数为35％。碳酸钙的含量对复合材料的性能影响较大，这与碳酸钙对聚乙烯的聚集态和应力传导的影响有关。当复合材料受到冲击时，碳酸钙粒子不仅起到应力集中、引发银纹的作用，还起到应力传导的作用。当碳酸钙的含量增加时，碳酸钙粒子之间的应力传导性变好，使冲击能量更加均匀地扩散、消耗，使复合材料的冲击性能提高。但碳酸钙的含量超过一定量时，碳酸钙粒子间距过小，粒间易出现较大的裂纹，致使复合材料冲击性能下降。
小结：采用界面增强剂与偶联剂组成的复合偶联剂对碳酸钙表面进行活化处理，大大提高了碳酸钙与聚烯烃的界面结合强度，从而大幅度提高注塑产品的冲击强度。在复合偶联剂的质量为碳酸钙质量的1.8％ 、碳酸钙的质量为复合材料质量的35％时，复合材料的冲击强度达到较为理想的状态。
（ ：可贞）