不同相容劑對聚丙烯/硫酸鎂晶須複合材料界面粘合性能的影響

陳潇翻譯學習

摘要：通過力學、熱學、紅外光譜和流變測試，研究了馬來酸酐接枝聚丙烯和馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體對聚丙烯/硫酸氧鎂晶須複合材料界面粘結性能的影響。盡管在聚丙烯-馬來酸酐接枝共聚物處理的複合材料中觀察到屈服強度和楊氏模量顯著增加，但在聚烯烴-馬來酸酐接枝共聚物處理的複合材料中觀察到這些性能急劇下降。ATR-FTIR結果表明，兩種相容劑的MOSw羟基和酸酐羰基之間發生酯化反應，但POE-g-MAH仍與聚丙烯基體不相容，這一點已通過熱重曲線中肩峰和掃描電鏡顯微照片中大量空隙的存在得到證實。另一方面，聚丙烯接枝馬來酸酐與聚丙烯基體高度相容，這從熱重曲線中的峰和MOSw表面包裹熔體的模糊界面可以看出。流變行為也證實了聚丙烯接枝馬來酸酐的引入導緻了從液态到固态的轉變，這歸因于MOSw與聚丙烯基體之間更強的界面粘附。與聚丙烯接枝馬來酸酐相比，聚烯烴接枝馬來酸酐處理的複合材料保持了典型熔融聚合物的類液體流變行為。聚丙烯/15PP-g-MAH/15MOSw複合材料中可能形成了MOSw網絡，這是由G'對G"曲線和兩個交叉頻率的顯著偏差所表明的在tanδ對頻率的曲線圖中觀察到。

關鍵詞；界面附着力；機械性能；流變行為

亮點：在過去的幾十年裡，硫酸鎂晶須( MOSw )由于其突出的機械性能、低密度、低成本等，在阻燃聚合物複合材料[ 1 5的生産中引起了廣泛關注。[ 6 10 ]。幾項研究表明，聚合物基體的阻燃和機械性能有相當大的改善。Gao等人[ [ 1 ]比較了钼鎢、鎂氫氧化物和鋁氫氧化物的主要熱解特性。他們發現MOSw顯示出比其他兩種阻燃劑高得多的熱量接收能力和分解溫度。20重量%鎂的極限氧指數

這項工作得到了國家自然科學基金(編号: 51402323 )、中國科學院西光基金(編号: 412031006 )和青海省自然科學基金(編号: 2014-ZJ-938Q )的資助。

關鍵技術：本研究采用熔融共混法制備了兩種增容劑(聚丙烯接枝馬來酸酐和馬來酸酐接枝聚烯烴彈性體)處理的聚丙烯/二硫化钼複合材料。主要目的是研究聚丙烯接枝馬來酸酐和聚烯烴接枝馬來酸酐對二硫化钼與聚丙烯基體界面結合力的不同影響。測量機械性能以檢測不同相容劑對聚丙烯/钼鎢複合材料界面粘結性能的影響聚丙烯/MOSw複合材料的拉伸性能。衰減全反射傅裡葉變換紅外光譜( ATR-FTIR )分析也被用于研究複合材料中MOSw和增容劑之間的界面結合和化學反應[ 20，24，25 ]。用熱重法和導數熱重法研究了聚丙烯基體與增容劑的相容性。此外，在小振幅振蕩剪切( SAOS )中也用頻率掃描研究流變行為，因為流變學是檢驗聚合物中填料微觀結構的有力工具[ 21，26，27 ]。

圖中 ( a )聚丙烯/15PP-g-MAH，( b )聚丙烯/ 15PP - g - MAH / 5MOSw，( c )聚丙烯/ 15PP - g - MAH / 15MOSw和( d )聚丙烯/ 5PP - g - MAH / 15MOSw複合材料低溫斷裂表面的掃描電鏡圖像

結論與分析：本文以聚丙烯-馬來酸酐接枝共聚物或聚烯烴-馬來酸酐接枝共聚物為相容劑，制備了兩種聚丙烯/二硫化钼複合材料。詳細研究了這兩種增容劑對聚丙烯/钼鎢界面粘結性能的影響。聚丙烯接枝馬來酸酐處理的聚丙烯/钼鎢複合材料的屈服強度和楊氏模量顯著提高，但斷裂時的标稱應變顯著降低。另一方面，引入馬來酸酐接枝共聚物作為增容劑後，聚丙烯/二硫化钼複合材料的屈服強度和楊氏模量急劇下降。這些對機械性能的影響主要歸因于聚丙烯基體和增容劑骨架之間的相容性。具體來說，聚丙烯接枝馬來酸酐由于結構相似性而與聚丙烯基體高度相容，DTG曲線中的信号峰和熔融物包裹在MOSw表面的模糊界面證明了這一點。相反，聚烯烴彈性體接枝馬來酸酐與聚丙烯基體不相容，這一點通過熱重曲線中肩峰的出現和掃描電鏡圖像中顯示的大量空隙得到了證實。此外，ATR -傅裡葉變換紅外光譜結果表明，硫化钼的羟基和酸酐的羰基之間發生酯化反應，形成共價鍵，對于聚丙烯-馬來酸酐和聚烯烴-馬來酸酐都是如此。流變行為也證實了引入聚丙烯接枝馬來酸酐導緻了從液态到固态的轉變，這歸因于MOSw與聚丙烯基體之間更強的界面粘附。然而，POE-g-MAH處理的複合材料

保持了典型熔融聚合物的類液體流變行為。此外，在/15PP-g-MAH/15MOSw樣

品中形成了MOSw網絡，這兩者都表明了這一點。

聚丙烯接枝馬來酸酐和聚烯烴接枝馬來酸酐處理的複合材料在較高的MOSw含量下表現出較高的屈服強度，表明MOSw對聚丙烯基體的增強作用。

純聚丙烯和聚丙烯複合材料的熱重和差熱重曲線

圖7 ( a )聚丙烯接枝馬來酸酐和( b )聚烯烴接枝馬來酸酐處理的聚丙烯複合材料的紅外光譜