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      20%滑石粉和BaSO4填充PP的性能對(duì)比研究

      2018-09-12 09:43:56別明智肖利群
      山東化工 2018年16期
      關(guān)鍵詞:模塑光澤度滑石粉

      陳 力,別明智,陳 健,杜 靖,肖利群

      (1. 中煤科工集團(tuán)重慶研究院科聚孚工程塑料有限責(zé)任公司,重慶 400037;2.重慶市高性能工程塑料工程技術(shù)研究中心,重慶 400037)

      滑石粉,相對(duì)密度2.5~2.7,為白色或類(lèi)白色、微細(xì)、無(wú)砂性的粉末,手摸有油膩感,在塑料中作為填充增強(qiáng)組分,主要是通過(guò)礦山開(kāi)采后,經(jīng)研磨制得相應(yīng)粒徑后使用。硫酸鋇,化學(xué)式BaSO4,相對(duì)密度4.0~4.5,具有較高折射率(1.63~1.65),顏色較白并有一定的遮蓋力,在塑料中作為填充劑使用,國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)工藝路線為芒硝-硫酸鈉法[1]。本文將相同含量的滑石粉和BaSO4填充于PP樹(shù)脂中,對(duì)比測(cè)試相應(yīng)物理力學(xué)性能、表面光澤度差異,并利用示差掃描量熱法DSC對(duì)比熔融峰,以對(duì)比二者耐熱性差別。

      1 實(shí)驗(yàn)部分

      1.1 主要原料

      PP:K7926,上海賽科;滑石粉:850目,粒徑20μm,廣西龍廣;沉淀BaSO4:1250目,山西南風(fēng);相容劑:自制;黑色母:自制;抗氧劑:1010、168,德國(guó)巴斯夫;白油:市售。

      1.2 主要儀器及設(shè)備

      SHR-100高速混合機(jī):張家港億利;TSE-52雙螺桿擠出機(jī):南京瑞亞;HDX50注塑機(jī):寧波海達(dá);BSA223S天平:德國(guó)賽多利斯;XHR-150塑料洛氏硬度計(jì):上海材料試驗(yàn)機(jī)廠;ZRZ1452熔指儀、ZWK1302-B熱變形維卡軟化點(diǎn)試驗(yàn)機(jī)、CMT4204萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、ZBC1000懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī):MTS公司;光澤度儀:Multi Gloss 268Plus型,柯尼卡美能達(dá);DSC Q-200差示掃描量熱儀:美國(guó)TA儀器。

      1.3 試樣制備

      在制備BaSO4填充PP材料前將硫酸鋇進(jìn)行100℃、1h的烘干預(yù)處理。再將各組分按表1配比稱量,為了保證礦物粉體、助劑的混合均勻,采用分步混合法,將各組分稱量后分步在高速混合機(jī)內(nèi)混合,物料加入順序如下:PP樹(shù)脂、黑色母、白油混合30s→填料、助劑混合60s,低速混合,混合完后放料進(jìn)入雙螺桿擠出機(jī)料斗,再熔融擠出、冷卻、造粒[2]。

      將造粒所得粒料經(jīng)注射成標(biāo)準(zhǔn)試片及樣板,以供性能測(cè)試和表面觀察使用。

      表1 20%填充PP材料的各組分配比Table 1 Distribution ratio of each group of 20% filled PP materials

      PP-TD20配方代表含有填料為20份的滑石粉,PP-BS20配方代表含有填料為20份的BaSO4。

      1.4 性能測(cè)試

      材料測(cè)試試片和表面觀察樣板均采用注塑成型。密度按GB/T1033.1-2008測(cè)試,采用浸漬法、去離子水;洛氏硬度按GB/T3398.2-2008測(cè)試,R標(biāo)尺;熔體流動(dòng)速率按GB/T3682-2000測(cè)試,溫度230℃,負(fù)荷2.16kg;熱變形溫度按GB/T1634.2-2004測(cè)試,負(fù)荷0.45MPa,升溫速率120℃/h;拉伸強(qiáng)度按GB/T 1040.2-2006測(cè)試,拉伸速率50mm/min;彎曲性能按GB/T9341-2008測(cè)試,彎曲速率2mm/min;懸臂梁缺口沖擊性能按GB/T1843-2008測(cè)試,擺錘能量2.75J;光澤度按GB/T8807-1988測(cè)試,80°角。材料熔融峰以DSC掃描測(cè)量,以氮?dú)獗Wo(hù)條件,吹掃流量為50mL/min,溫度范圍80~260℃。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 性能對(duì)比[3]

      根據(jù)表1配方制得20%填充PP復(fù)合材料,測(cè)試性能如表2。

      表2 20%填充PP材料性能Table2 The properties of 20% filler/PP composites

      從表2中可以看出,相同含量的滑石粉和BaSO4填充PP材料,PP-TD20配方材料密度1.062g·cm-3,洛氏硬度95, PP-BS20配方材料密度1.109g·cm-3,洛氏硬度102, BaSO4填充PP密度高4.4%、洛氏硬度高7.4%。PP-TD20配方熔體流動(dòng)速率為10.7 g·10min,PP-BS20為22.3 g·10min,PP-BS20熔體流動(dòng)速率高108%,表明PP-BS20加工流動(dòng)性更好。PP-TD20熱變形溫度為125.7℃,PP-BS20配方為131.2℃,PP-BS20熱變形溫度高5.2%。

      力學(xué)性能方面,PP-TD20拉伸強(qiáng)度24.2MPa、彎曲強(qiáng)度30.8MPa、彎曲模量1738MPa、IZOD缺口沖擊強(qiáng)度為9.4kJ·m-2。PP-BS20拉伸強(qiáng)度為25.6MPa、彎曲強(qiáng)度為32.3MPa、彎曲模量1826MPa、IZOD缺口沖擊強(qiáng)度為8.6kJ·m-2。從以上力學(xué)性能看,二者變化率在10%以內(nèi)。

      2.2 外觀及光澤度對(duì)比

      圖1是模塑的觀察樣板,從外觀可以較明顯發(fā)現(xiàn)(b)圖中的PP-BS20模塑樣板光澤度較(a)圖中的PP-TD20模塑樣板好高。

      將觀察樣板使用光澤度儀測(cè)量表面光澤度,如表3所示。

      表3 填充PP材料的光澤度Table 3 The glossiness of filling PP

      (a)PP-TD20模塑樣板 (b)PP-BS20模塑樣板

      圖1 填充PP材料觀察樣板

      Fig.1 The observation template of filling PP

      從圖1和表3看出,20%相同含量的填充PP材料,PP-BS20材料的表面光澤度為79%,而PP-TD20配方材料為64%,PP-BS20材料的光澤度高約15%[4]。

      2.3 DSC熔融峰掃描分析

      滑石粉和BaSO4填充PP材料,填料類(lèi)別不同必然會(huì)對(duì)模塑加工溫度有調(diào)整。將20%含量的滑石粉、BaSO4填充PP材料和PP樹(shù)脂進(jìn)行DSC掃描后得到如圖2所示。

      圖2 PP材料的升溫DSC對(duì)比

      Fig.2 The DSC of PP

      在圖2(a)中20%滑石粉含量的PP-TD20配方材料的熔融峰為165.6℃,圖2(b)中20%BaSO4含量的PP-BS20配方材料的熔融峰為167.4℃,圖2(c)中PP樹(shù)脂的熔融峰為164.8℃,PP-BS20配方材料較PP-TD20配方材料熔融峰高出1.8℃,較PP樹(shù)脂高2.6℃。說(shuō)明材料的耐熱性能更好,在高耐熱場(chǎng)合如散熱器周邊部件可作為優(yōu)選材料。

      3 結(jié)論

      (1)采用20%含量的滑石粉和BaSO4填充PP材料,BaSO4填充PP材料光澤度高約15%,同時(shí)表面硬度和熱變形溫度更高,力學(xué)性能變化率在10%以內(nèi)。

      (2)DSC掃描顯示BaSO4填充PP材料熔融峰167.4℃,較滑石粉填充PP材料的164.8℃高1.8℃,反應(yīng)復(fù)合材料熔點(diǎn)相應(yīng)更大。

      (3)在20%相同填料含量情況下,可以將BaSO4填充PP材料用于需要更高耐熱和表面光澤度的外觀部件如機(jī)油尺護(hù)罩、油箱護(hù)罩等特殊場(chǎng)合[4]。

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