全 文 ：滑石粉及其添加方法对聚丙烯材料结晶形态的影响＊
雷　华 ,高传涛 ,徐　涛 ,陈　佳
(贵州大学材料科学与冶金工程学院 ,贵州省材料结构与强度重点实验室 , 贵州 ,贵阳　550003)
　　摘要:用 X射线衍射技术研究了填充聚丙烯材料结晶形态的变化 ,结果表明:滑石粉对 PP基体的结晶形态是有
影响的 , 对 PP基体结晶过程起异相成核作用 ,随滑石粉的原始粒径大小 、填充量和表面处理程度变化而呈现不同的
变化规律。
关键词:聚丙烯;滑石粉;结晶形态;结晶度;X射线衍射
中图分类号:TQ325.14　文献标识码:A　文章编号:1001-9456(2008)04-0037-03
TheEfectofTalcandIt sFilingMethodonCrystalineMorphologyofPPMaterial
LEIHua, GAOChuan-tao, XUTao, ChenJia
(TheMaterialsScienceandMetalurgyEngineeringColege, GuizhouUniversity,
TheKeyLaboratoryofMaterialsStructureandStrengthofGuizhouProvince, Guiyang, Guizhou550003, China)
　　Abstract:ThevariationofcrystallinemorphologyoffilingPPmaterialswasresearchedbyX-raytechnology.Itshowed
thatthevariationofcrystalinemorphologyofPPmatrixwithdiferentdistributionmorphologyoftalc, suchasfilersize, filing
quantityandsurfacetreatmentlevel.So, itcouldnotbeneglectedwhenmechanicalpropertiesoffillingmaterialswerestudied.
Keywords:PP;talc;crystallinemorphology;crystalinity;X-raydifraction
　　为了获得综合性能优异的聚合物材料 ,除继续研制 、合成新
型聚合物外 , 对已有聚合物材料的改性由于其成本低廉 、适应面
广 , 已成为发展聚合物材料的一种卓有成效的途径 , 近年来日益
引起人们的重视。在研制各种复合材料时 , 人们最关心的问题
是其形态结构对复合材料性能的影响。近年来 ,各国广泛开发
改性 PP, 以代替工程塑料。改性 PP技术已由最初的刚性无机
填料填充或增强 PP、弹性体增韧 PP发展到向填充或增强 PP体
系中掺入弹性体粒子 , 形成三元复合体系 , 以达到既增强又增韧
的目的 [ 1～ 4] 。对于无机刚性粒子填充体系的研究主要集中在刚
性无机粒子的粒径及分布 , 和刚性无机填料与基体间的界面层
结构两个方面 , 而忽略了填充相对 PP基体结晶结构的影响 , 已
有的报道中对这一问题一般只作简化处理或仅作一般讨论 , 并
未作详细研究。文章研究了滑石粉填充 PP复合材料在填充的
第二相具有不同原始颗粒粒径 、不同加入量 、不同界面结构以及
加入弹性体第三相的条件下 PP基体的结晶结构变化。
1　试验部分
1.1　原材料
聚丙烯:J700,北京燕山石化公司;
滑石粉:平均粒径为 38、 25、8、 5μm, 苏州华夏矿业有限公
司;
钛酸酯偶联剂:NDZ101, 南京曙光化工厂;
EPDM:市售。
1.2　样品的制备
将滑石粉和 EPDM在 150℃下烘 2h后 , 加入偶联剂混合均
匀后按不同配比与 PP经双螺杆挤出机挤出造粒 , 注塑成尺寸
为 100mm×4mm×10mm的样条。
1.3　不同规格滑石粉数均粒径 Dn的统计
将不同规格滑石粉用偶联剂分散后 , 涂覆一薄层在载玻片
上 ,在 OlympusPMG3显微镜上配合 IAS4图像分析系统观察形
态 ,扫描视场数 20,放大倍数 500, 扫描视场随机选择 , 用图像处
理系统专用软件对图像进行处理 , 按(1)式计算出滑石粉数均
直径 Dn。
Dn =΢niDi΢ni (1)
式中:Di—单个颗粒尺寸;Dn—颗粒重均尺寸;ni—统计个数。
1.4　结构分析
采用 BD90型 X射线衍射仪对从样品上不同部位截取的块
状试样作 2°/min的步进扫描。扫描范围为 5°～ 40°,得到材料
的 X射线衍射曲线 ,如图 1所示。
—37—
雷　华等———滑石粉及其添加方法对聚丙烯材料结晶形态的影响
　　塑　料
2008年　 37卷　第 4期
＊ 收稿日期:2007-12-25
　　　基金项目:贵州省科学基金(黔科合 2003JN027);贵州大学博士基金(贵大人基合字 2007-008号)。
　　　作者简介:雷华(1974-),男 ,贵阳市人 ,讲师 ,香港理工大学访问学者 ,主要从事聚合物材料加工及高性能化方面的研究 ,已发表论文多篇。
图 1　聚丙烯材料的 X射线衍射曲线
　　根据试验所得曲线(图 1)可判定加入成核剂后仍属 α晶
型 , 虚线以下阴影区是非晶相散射。运用计算机分峰程序扣除
背底后 , 计算出全部结晶锐衍射峰和非晶漫散射的积分强度
(面积),然后根据(2)式计算材料结晶度 [ 5]:
Xc(%)= IcIa+Ic×100% (2)
式中:Xc(%)-X射线法测定的结晶度;
Ic—结晶锐衍射峰积分强度;
Ia—非晶漫散射积分强度。
填充聚丙烯材料球晶形态用偏光显微镜观察 、拍照。
2　试验结果与讨论
填充体系分为 A、B、C、D4种:体系 A为滑石粉目数的变
化 , 体系 B是滑石粉用量的变化 , 体系 C为滑石粉经过不同的
表面处理 , 体系 D为加入弹性第三组元(配比如表 1所示)。
　　不同填充体系的 X射线衍射曲线如图 2所示 , 对比纯PP
的衍射曲线 , 加入滑石粉样品的 X射线衍射曲线上在 2θ=9.44°
和 2θ=28.576°出现的衍射峰属于滑石粉(002)、(006)晶面 ,
EPDM的衍射峰未反映出来。相对于纯 PP, 复合材料中 PP基
体结晶相的(110)、(041)晶面的生长明显受到抑制 , 衍射峰减
弱 ,而(040)和(130)的衍射峰强度得到加强 , 可以认为滑石粉
的加入使 PP结晶过程有择优生长的趋势。
表 1　不同滑石粉填充聚丙烯材料体系
填充体系 加入量Wf/%
NDZ101
〔C〕/%
EPDM
Υe/%
滑石粉粒径
Dn/μm
A
A1 10 2.5 0 38
A2 10 2.5 0 25
A3 10 2.5 0 8
A4 10 2.5 0 5
B
B1 10 2.5 0 8
B2 20 2.5 0 8
B3 30 2.5 0 8
B4 40 2.5 0 8
B5 50 2.5 0 8
C
C1 10 0.0 0 8
C2 10 2.5 0 8
C3 10 4.0 0 8
C4 10 5.5 0 8
C5 10 7.0 0 8
D
D1 10 2.5 5 8
D2 10 2.5 10 8
D3 10 2.5 15 8
(a)PP;(b)填充体系 A2;(c)填充体系 B3;(d)填充体系 C5;(e)填充体系D3。
图 2　聚丙烯 /滑石粉及聚丙烯 /滑石粉 /EPDM复合体系的 X射线衍射曲线
　　根据图 2的 X射线衍射曲线计算得到不同填充体系的结晶 度 ,结果如图 3所示(计算结晶度时滑石粉的衍射峰未计入)。
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雷　华等———滑石粉及其添加方法对聚丙烯材料结晶形态的影响
　　塑　料
2008年　37卷　第 4期
(a)无机颗粒粒径;(b)无机颗粒填充量;(c)表面处理剂用量;(d)弹性体第三组元 EPDM用量。
图 3　不同填充聚丙烯复合体系的结晶度变化
　　结果表明:滑石粉的加入使 PP基体的结晶度发生变化 , 对
于填充体系 A,填充量及颗粒表面处理条件相同 , 颗粒原始粒径
不同 , 总的结果是复合材料基体的结晶度均高于纯 PP, 但有意
思的是结晶度存在一极大值现象 ,即在中间粒径条件下结晶度
最大 , 这和颗粒的成核效率有关 , 粗颗粒易于在基体中分散 , 颗
粒太粗 , 成核效率不高;太细的颗粒由于不易在基体中分散 , 容
易产生团聚现象 , 同样导致颗粒的成核效率下降。 体系 B中 ,
相对于纯 PP,随加入量的变化 , 基体结晶度均有提高 ,但结晶度
随加入量的增加反而降低 , 加入的质量分数超过 30%后 , 趋于
稳定。体系 C中 , 当颗粒填充量和颗粒原始粒径相同时 , 界面
改性剂的加入对基体的结晶起干扰作用 ,随界面改性剂加入量
的增大 , 基体的结晶度降低 , 加入的质量分数超过 4%后 , 趋于
稳定。弹性体第三组元的加入也对基体的结晶过程起干扰作
用 ,随弹性体加入量增加 ,结晶度降低。
不同滑石粉填充体系的偏光显微照片如图 4所示 , 显示了
滑石粉的异相成核作用 , 可见不同填充条件(原始颗粒大小 、加
入量 、界面改性剂和弹性体第三组元的加入)下对 PP基体均有
异相成核作用 , 照片显示球晶形态已不明显 , 球晶渐趋不规则 ,
边界变得模糊 , 球晶尺寸下降 ,球晶分布趋于均匀。
以上分析指出 , 滑石粉对 PP基体的结晶形态是有影响的 ,
对 PP基体结晶过程起异相成核作用 , 这在填充材料物理力学
性能研究中应是一个不容忽视的现象。
(a)纯 PP;(b)填充体系A2;(c)填充体系B1;(d)填充体系 C3;(e)三元填充体系。
图 4　不同滑石粉填充聚丙烯复合体系的偏光显微照片 (下转 75页)
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雷　华等———滑石粉及其添加方法对聚丙烯材料结晶形态的影响
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2008年　 37卷　第 4期
宫瑞英等 [ 21]采用气固相制备氯化 ABS接枝胶粉(氯化聚
丁二烯),将物与(苯乙烯 /丙稀腈)共聚物(SAN)共混制得一种
新型 ACS材料。结果表明:加入 50%的含量为 10% ～ 15%的氯
化 ABS接枝胶粉(PP150)所制备的新型 ACS材料老化性能较
好 , 且老化性能优于 ABS。
3　结束语
材料在其服役期间 , 会不可避免地发生老化 , 然而各种稳定
剂都有其不足的地方。主抗氧剂与辅助抗氧剂的协同效应 , 可
更加有效地达到抗氧化效果;有机型光稳定剂和无机型光屏蔽
剂的复合 , 能部分弥补各自的不足。因此发展复合多功能抗老
化剂是抗老化技术发展的主要方向。
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(本文编辑 WYD)
(上接 39页)
3　结论
1)滑石粉颗粒对 PP材料起异相成核作用。
2)滑石粉的加入使 PP基体的结晶度发生变化 , 填充 PP基
体的结晶度均高于纯 PP。
3)滑石粉颗粒的粒径大小影响成核效率 , 即存在一最佳粒
径条件 , 该条件下结晶度最大 ,颗粒太粗或太细同样会导致颗粒
的成核效率下降。
4)相对于纯 PP, 随滑石粉加入量的变化 ,基体结晶度均有
提高 , 但结晶度随加入量的增加反而降低 , 加入的质量分数超过
30%后 , 趋于稳定;当颗粒填充量和颗粒原始粒径相同时 , 界面
改性剂的加入对基体的结晶起干扰作用 ,随界面改性剂加入量
的增大 , 基体的结晶度降低 , 加入质量分数超过 4%后 , 趋于稳
定;弹性体第三组元的加入也对基体的结晶过程起干扰作用 , 随
弹性体加入量增加 , 基体结晶度降低。
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(本文编辑 SXQ)
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叶荣根等———苯乙烯树脂抗老化研究进展
　　塑　料
2008年　 37卷　第 4期