采用碳酸鈣作為增韌粒子來提高高分子材料的沖擊韌性是一種成熟的高分子材料改性技術(shù)。碳酸鈣對(duì)塑料的增韌效果關(guān)鍵取決于碳酸鈣與塑料的界面結(jié)合強(qiáng)度。而傳統(tǒng)的碳酸鈣表面處理采用各種酸酯類偶聯(lián)劑、脂肪酸一鹽及接枝物等，對(duì)復(fù)合材料的沖擊韌性提高幅度不大。因此對(duì)于復(fù)合材料界面改性研究的焦點(diǎn)是開發(fā)復(fù)合偶聯(lián)劑。新型的復(fù)合偶聯(lián)劑。通過界面增強(qiáng)劑與偶聯(lián)劑復(fù)合后，對(duì)碳酸鈣表面進(jìn)行處理，以提高碳酸鈣與聚烯烴兩相界面的結(jié)合強(qiáng)度，既可改善聚烯烴樹脂與無機(jī)剛性粒子間的相容性問題，又得到理想的無機(jī)粒子包覆層狀態(tài)，以使復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度提高。

碳酸鈣的增韌增強(qiáng)機(jī)理

1、當(dāng)受到外力沖擊產(chǎn)生變形時(shí)，由于碳鈣粒子的存在，產(chǎn)生了應(yīng)力集中效應(yīng)，引發(fā)其周圍的聚基體樹脂烯涇的屈服，這種基體的屈服將吸收大量的沖擊能，產(chǎn)生曾韌作用；

2、當(dāng)裂紋遇到碳酸鈣粒子時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生訂扎-攀越活丁扎-裂紋二次引發(fā)效應(yīng)，使裂紋擴(kuò)展；

3、兩相界面的部分受力碾砣形成空洞，從而使裂紋鈍化，不至于發(fā)展成破壞性開裂。從碳酸鈣的增韌效果，關(guān)鍵取決于聚乙烯與無極填料的兩相界面的結(jié)合強(qiáng)度。

碳酸鈣表面復(fù)合活化機(jī)理

基于碳酸鈣的增韌機(jī)理，提高兩相的鍵和強(qiáng)度是提高復(fù)合材料強(qiáng)度的關(guān)鍵。采用常規(guī)的碳酸鈣表面處理技術(shù)填充聚烯烴時(shí)，其兩相界面結(jié)構(gòu)為：

從界面結(jié)構(gòu)上看，偶聯(lián)劑的官能團(tuán)與碳酸鈣表面的-OH通過化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)鍵，因此，碳酸鈣與偶聯(lián)劑的之間結(jié)合力很強(qiáng)，當(dāng)偶聯(lián)劑的碳鏈端長度較短，其長鏈與聚烯烴的分子鏈之間只有范德華力結(jié)合，產(chǎn)生不了纏結(jié)，因此強(qiáng)度較低。當(dāng)受外力作用時(shí)，偶聯(lián)劑與聚烯烴分子容易脫離，從而對(duì)復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度提高幅度不大。在引入了端基具有極性基團(tuán)的長碳鏈(100個(gè)碳以上)界面增強(qiáng)劑后，偶聯(lián)劑與聚烯烴分子的結(jié)合強(qiáng)度大幅提高。當(dāng)我們延長了偶聯(lián)劑的碳鏈長度，長碳鏈可與聚烯烴分子鏈發(fā)生纏繞，甚至部分形成共晶，從而起到強(qiáng)橋聯(lián)作用，使碳酸鈣與聚烯烴分子的結(jié)合更加牢固。

復(fù)合偶聯(lián)劑含量的影響

復(fù)合偶聯(lián)劑的含量對(duì)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度影響不大，對(duì)沖擊強(qiáng)度有一定的影響，在復(fù)合偶聯(lián)劑的質(zhì)量為碳酸鈣質(zhì)量的1。8％時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值，因此，復(fù)合偶聯(lián)劑的質(zhì)量為碳酸鈣質(zhì)量的1.8％。

碳酸鈣含量的影響

在復(fù)合偶聯(lián)劑的質(zhì)量為碳酸鈣質(zhì)量的1.8％的條件下，考察碳酸鈣的含量對(duì)復(fù)合材料性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下圖

從上圖可看出，隨碳酸鈣含量的增加，拉伸強(qiáng)度降低，沖擊強(qiáng)度先升高后降低，碳酸鈣的質(zhì)量為復(fù)合材料質(zhì)量的35％時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值。因此，確定復(fù)合材料中碳酸鈣的最佳質(zhì)量份數(shù)為35％。碳酸鈣的含量對(duì)復(fù)合材料的性能影響較大，這與碳酸鈣對(duì)聚乙烯的聚集態(tài)和應(yīng)力傳導(dǎo)的影響有關(guān)。當(dāng)復(fù)合材料受到?jīng)_擊時(shí)，碳酸鈣粒子不僅起到應(yīng)力集中、引發(fā)銀紋的作用，還起到應(yīng)力傳導(dǎo)的作用。當(dāng)碳酸鈣的含量增加時(shí)，碳酸鈣粒子之間的應(yīng)力傳導(dǎo)性變好，使沖擊能量更加均勻地?cái)U(kuò)散、消耗，使復(fù)合材料的沖擊性能提高。但碳酸鈣的含量超過一定量時(shí)，碳酸鈣粒子間距過小，粒間易出現(xiàn)較大的裂紋，致使復(fù)合材料沖擊性能下降。

小結(jié)：采用界面增強(qiáng)劑與偶聯(lián)劑組成的復(fù)合偶聯(lián)劑對(duì)碳酸鈣表面進(jìn)行活化處理，大大提高了碳酸鈣與聚烯烴的界面結(jié)合強(qiáng)度，從而大幅度提高注塑產(chǎn)品的沖擊強(qiáng)度。在復(fù)合偶聯(lián)劑的質(zhì)量為碳酸鈣質(zhì)量的1.8％ 、碳酸鈣的質(zhì)量為復(fù)合材料質(zhì)量的35％時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到較為理想的狀態(tài)。

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