納米二氧化硅改性聚丙烯性能的研究 張煜傑
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引言：對聚丙烯（PP）-納米二氧化硅複合材料進行了改性。聚丙烯中填充了三種不同負載的5%、7%和10%的納米二氧化硅。採用熔融擠出法制備了聚丙烯/納米硅複合材料。聚丙烯和聚丙烯納米複合材料的紅外光譜結果表明，聚丙烯和納米硅層之間存在著很大的化學相互作用，X射線衍射圖顯示出較低的強度，並向較高的角度移動。通過熱重分析（TGA）、差示掃描量熱儀（DSC）、拉伸試驗和吸水性試驗來鑑定結果。從熱重分析的結果來看，隨著納米硅顆粒百分比的增加，熱穩定性有了顯著的改善。通過增加納米二氧化硅（10 wt）的負載，改善了納米二氧化硅的力學性能（拉伸強度、彈性模量和斷裂應變）。
改性納米無機過濾器作為增強材料製備複合材料受到越來越多的關注。科學家們更喜歡熱塑性聚合物材料，而不是基於低生產週期、低加工成本和高修復能力的熱塑性塑料[1-3]。由聚丙烯（PP）製成的複合材料是一種常見的熱塑性和疏水性聚合物，在汽車、包裝、建築業和玩具工業中得到了廣泛應用[4-7]。熱塑性-無機納米複合材料已被廣泛研究，以獲得初始聚合物熱性能和機械性能的基本改善[8-14]。
然而，聚丙烯聚合物是一種有用的熱塑性塑料，具有加工和性能之間可接受的平衡。聚丙烯的熔融溫度介於（162–165°C）之間，完全可以抵抗熱水，但不足以使熱成型更容易[15–20]。
材料和方法
材料
納米硅粉，從美國納賽爾公司獲得，聚丙烯使用的聚合物由沙特聚合物公司提供，商品名為HGZ-120SP。聚丙烯聚合物在237°C下的熔融流動指數為每30分鐘4 g。
聚丙烯-納米二氧化硅複合製劑
從含有5、7和10%（按重量計）納米二氧化硅的注塑樣品中測試聚丙烯納米二氧化硅複合材料樣品。採用熔融指數為50 g.20 min-1、密度為0.95 g cm-3的聚丙烯均聚物製備了複合材料，通過在熱學Haake變阻劑QC實驗室攪拌機（UK）內的熔融共混，將長度平均為10 nm的納米硅混合。使用的加工參數如下：溫度190°C，轉子轉速80 rpm，停留時間30分鐘。混合的複合材料樣品在80°C的真空下乾燥過夜，並在200°C的雕刻機液壓機中倒入金屬模具，以獲得約3 mm厚的膜。切割複合材料進行化學、熱和機械測量。圖1顯示了聚丙烯和納米硅分子之間的化學相互作用。
結論
聚丙烯納米複合材料可以提高納米硅與聚丙烯基體的界面結合力。傅立葉變換紅外光譜研究表明，納米二氧化硅顆粒存在於相容性複合材料中，並與PP複合材料中納米二氧化硅的增加發生化學反應。XRD分析表明，納米二氧化硅顆粒在聚合物聚丙烯基體中的分佈具有插層結構。
聚丙烯/納米硅複合材料表現出早期的熱裝飾性，但在較高溫度下表現出較高的熱穩定性。TGA和DTG結果表明，隨著t50%、tmax的增加，PP/NA-nosilica複合材料的熱穩定性提高，600℃下的殘餘物含量增加。通過加入不同負載的納米二氧化硅，可以改善聚丙烯納米複合材料的力學性能。納米二氧化硅含量的增加增加了聚合物納米複合材料的斷裂應力和彈性模量，而斷裂延伸率增加。
與聚丙烯基體相比減少。動態力學分析表明，增容劑的加入降低了聚丙烯/納米硅複合材料的損耗因子（tanδ），並隨著溫度的升高而發生位移，提高了材料的儲能模量，使基體與基體的界面結合性能明顯優於不加納米硅的複合材料。
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