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云母填充高密度聚乙烯复合材料的力学性能

更新时间:2020-03-19 08:43:08来源: 责任编辑:admin
导读:云母填充高密度聚乙烯复合材料的力学性能高密度聚乙烯(HDPE)是一种综合性能优异的树脂,在工业中的应用日益广泛。为进一步提升其性能和降低成本,常使用无机刚性粒子填充HDPE,以获得刚性、耐热性和阻‘隔性等更加优异的复合材料。云母(Mica)作为一种廉价的无机材料,可用于多种树脂材料的填充改性,如ABS/Mica复合材料、PP/Mica复合材料等。应用活性较好及径厚比较大
云母填充高密度聚乙烯复合材料的力学性能 高密度聚乙烯(HDPE)是一种综合性能优异的树脂,在工业中的应用日益广泛。为进一步提升其性能和降低成本,常使用无机刚性粒子填充HDPE,以获得刚性、耐热性和阻‘隔性等更加优异的复合材料。云母(Mica)作为一种廉价的无机材料,可用于多种树脂材料的填充改性,如ABS/Mica复合材料、PP/Mica复合材料等。应用活性较好及径厚比较大的绢云母粉填充聚乙烯和聚丙烯,可显著改善制品的力学性能,其增强效果十分突出。HDPE中加入Mi-ca,还可以减小材料的渗透性,适用于制造各种容器,如汽车油箱等。HDPE/Mica复合材料的非平面剪切模量随着Mica片的纵横比增加而大幅提高,而平面剪切模量却轻微减小。 本研究中着重考、察云母含量对填充填充HDPE复合材料力学性能的影响。 一、试验部分 1、原材料 HDPE,牌号6366M,大庆石化公司;Mica,平均粒径16μm,徐州金亚粉体有限公司。 2、试样制备采用硅烷偶联剂对Mica粒子进行表面处理,然后按比例与HDPE作简单混合后,用双螺杆挤出机进行熔融共混、造粒。挤出温度为160-190℃,螺杆转速为55r/min。Mica的添加量(质量分数)分别为。0.5%,10%,15%。HDPE/Mica复合材料经80℃,4h干燥后用塑料注塑机分别成型拉伸、冲击和弯曲试样,其尺寸按相关的国标执行。 3、性能测试用深圳市新三思公司的CMT6104型电子万能试验机,分别按GB/T1040-92和GB/T9341-2000测试HDPE/Mica复合材料的拉伸性能和弯曲性能。用承德市金建检测仪器制造厂XJJ-5型简支梁摆锤冲击仪按GB/T104-93和承德市考思科检测有限公司XJU型悬臂梁摆锤冲击、仪按GB/T1843-96测试复合材料的冲击性能。

二、结果与讨论 1、拉伸性能图1表明了Mica的含量对填充HDPE复合材料的拉伸强度的影响。当Mica质量分数小于10%时,试样的拉伸强度随着Mica用量的增加而明显增大,然后增幅放缓。Mica粒子经偶联剂作表面处理后,增强了与基体树脂之间界面的粘合强度,可传递一定的应力;加上Mica粒子为片状粉体,有一定的增强效应,从而导致拉伸强度增加。

图2显示了HDPE/Mica复合材料的Mica用量对断裂伸长率的影响。 由图2可以看出,随着Mica用量的增加,断裂伸长率是先增加后减少的,当Mica质量分数达到5%左右时,断裂伸长率达到最大值。继续增加Mica的用量,则断裂伸长率迅速下降,直到低于未填充HDPE的断裂伸长率。这表明,在低填充量的情况下,Mica粒子可显著地改善复合体系的拉伸断裂韧性。

2、弯曲性能HDPE/Mica复合材料的Mica用量对弯曲模量的影响如图3所示。由图3可以看出,弯曲模量随Mica用量增加而近似于线性函数形式增大。

图4表明了HDPE/Mica复合材料的Mica用量对弯曲强度的影响,即弯曲模量随着Mica用量的增加而大致上呈线性函数形式增大。

如前所述,Mica粒子经表面处理后,使得粒子与基体之间两相体系界面有较好的结合力,从而使材料的弯曲模量和弯曲强度提高。另外,片状Mica平面的力学性能均匀,在一个平面上可以自由弯曲,弯曲模量高,使得复合材料的弯曲模量和弯曲强度相应地提高。

3、冲击性能图5显示了Mica用量对填充HDPE复合材料简支梁冲击强度的影响。当Mica质量分数小于5%时,冲击强度随着Mica用量的增加而迅速下降,尤其是无缺口冲击强度,更为显著。由图5中还可以看出,当Mica质量分数大于5%后,冲击强度随着Mica用量的增加而缓慢减小,且缺口冲击强度与无缺口冲击强度之间的差距不大。这表明,在较高的Mica用量下,HDPE/Mica复合材料的简支梁冲击断裂韧性对缺口的敏感性降低了。

图6表明了Mica用量、对填充HDPE复合材料简支梁和悬臂梁V型缺口冲击强度的影响。类似地,当Mica质量分数小于5%时,缺口冲击强度随着Mica用量的增加而迅速下降,尤其是悬臂梁缺口冲击强度,更为显著。

由图6中还可以看出,当Mica质量分数大于5%后,冲击强度随着Mica用量的增加而缓慢减小,且悬臂梁缺口冲击强度明显地高于简支梁缺口冲击强度。 HDPE/Mica复合材料冲击韧性下降的原因可能是Mica微粒在基体树脂中,难以有效地吸收冲击变形能,从而导致冲击断裂韧性下降。 三、结论 a)Mica填充HDPE复合材料具有较好的综合力学性能。随着Mica用量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量提高。当Mica质量分数小于5%时,复合材料的断裂伸长率随着Mica用量的增加而增大,而冲击强度则明显下降;当Mica质量分数大于5%后,两者均随着Mica用量的增加而减小。b)当Mica质量分数小于5%时,复合材料的冲击强度随着Mica用量的增加而迅速下降,尤其是简支梁无缺口冲击强度和悬臂梁缺口冲击强度,更为显著。当Mica质量分数大于5%后,复合材料的冲击强度随着Mica用量的增加而缓慢减小,且简支梁缺口冲击强度与无缺口冲击强度之间的差距不大,而悬臂梁缺口冲击强度则明显地高于简支梁缺口冲击强度。

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