填充PP復(fù)合材料中的β-晶韌性與填料增強(qiáng)相互作用的研究中文摘要

針對(duì)填料表面成核機(jī)理α→β轉(zhuǎn)變、填充PP復(fù)合材料中α-成核作用與β-成核作用的相互影響和β-晶含量可控技術(shù)、填料增強(qiáng)與β-晶韌性協(xié)同作用研究很少報(bào)道，為結(jié)合β-PP的高韌性和無(wú)機(jī)粒子的增強(qiáng)作用，開(kāi)發(fā)高性能填充β-PP復(fù)合材料，重點(diǎn)研究：（1）不同形態(tài)（納米和微米級(jí)球狀、層狀、棒狀等）填料表面成核機(jī)理α→β轉(zhuǎn)變和表面具有β-成核能力可控的不同形態(tài)填料的制備技術(shù)，提供一系列不同形態(tài)β-填料。（2）同種和異種填料填充PP復(fù)合材料中的α-成核作用和β-成核作用相互影響和填充PP復(fù)合材料中β-成核能力可控的技術(shù)，提供一系列β-晶含量可控的填充PP復(fù)合材料。（3）填充PP復(fù)合材料的力學(xué)性能、斷裂機(jī)理與β-晶含量、β-球晶結(jié)構(gòu)形態(tài)、填料形態(tài)及其分散性、界面相互作用關(guān)系，填料增強(qiáng)與β-晶增韌協(xié)同作用和高韌性填充PP復(fù)合材料制備的技術(shù)。通過(guò)以上研究，制備出高強(qiáng)度、高剛性、高韌性的高性能填充β-PP復(fù)合材料

針對(duì)填料表面成核機(jī)理α→β轉(zhuǎn)變、填充PP復(fù)合材料中α-成核作用與β-成核作用的相互影響和β-晶含量可控技術(shù)、填料增強(qiáng)與β-晶韌性協(xié)同作用研究很少報(bào)道，本項(xiàng)目采用負(fù)載技術(shù)研究了表面具有β-成核作用的碳酸鈣、硅灰石、納米碳管、蒙脫土和氫氧化鋁等無(wú)機(jī)粒子的制備方法，填料表面成核機(jī)理α→β轉(zhuǎn)變，獲得了一系列具有β-成核作用的無(wú)機(jī)粒子，采用該無(wú)機(jī)粒子制備了一系列高β-晶含量填充PP復(fù)合材料。通過(guò)控制負(fù)載β-成核劑的量或者具有β-成核作用填料用量，研究了填充PP復(fù)合材料中α-成核作用與β-成核作用的相互影響，制備了一系列不同β-晶含量的填充PP復(fù)合材料。對(duì)比研究不同無(wú)機(jī)粒子填充PP復(fù)合材料的力學(xué)性能等，發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)粒子的增強(qiáng)作用提高填充β-PP復(fù)合材料的剛性，而β-晶賦予填充PP復(fù)合材料高的沖擊強(qiáng)度，填料增強(qiáng)與β-晶增韌協(xié)同作用獲得了高強(qiáng)度、高剛性、高韌性的高性能填充β-PP復(fù)合材料。 2100433B

PP及其填充復(fù)合材料主要形成強(qiáng)度和剛性高，韌性和沖擊強(qiáng)度低的α-PP，采用高韌性β-PP作為基體是發(fā)展高性能PP復(fù)合材料的有效途徑。但至今填充β-PP復(fù)合材料發(fā)展很慢，關(guān)鍵問(wèn)題是填料表面α-成核作用的影響，難于通過(guò)添加填料和β-成核劑的方法得到高β-晶含量的填充PP復(fù)合材料。針對(duì)以上問(wèn)題，本項(xiàng)目提出負(fù)載型β-成核劑概念，依據(jù)庚二酸與硬脂酸鈣合成庚二酸鈣β-成核劑的基本原理，探索了庚二酸與含鈣或不含鈣填料反應(yīng)形成庚二酸鈣的科學(xué)問(wèn)題和具有β-成核作用填料粒子制備技術(shù)，證實(shí)了PP常用填料對(duì)PP結(jié)晶發(fā)生了α→β成核機(jī)理的轉(zhuǎn)變，發(fā)明了一種制備簡(jiǎn)單、成本低廉、β-成核效率高的填充β-PP制備技術(shù)。納米碳酸鈣與庚二酸反應(yīng)形成庚二酸鈣負(fù)載在納米碳酸鈣粒子表面，獲得具有β-成核作用的納米碳酸鈣。填充PP復(fù)合材料中的β-晶含量隨著碳酸鈣用量增加而提高，獲得β-晶含量高于95%的碳酸鈣填充PP復(fù)合材料。而加入填料和β-成核劑的傳統(tǒng)方法制備PP 復(fù)合材料的β-晶含量低于50%。為了證實(shí)這一技術(shù)的普適性，探索了含鈣的蒙脫土和硅灰石負(fù)載庚二酸鈣的科學(xué)問(wèn)題，同樣獲得具有β-成核作用的蒙脫土和硅灰石，其填充PP中的β-晶含量也隨β-蒙脫土用量增加而提高，可制備高填充量高的β-晶含量的填充β-PP復(fù)合材料。對(duì)于不含鈣填料，發(fā)現(xiàn)先將填料與庚二酸作用后再與含鈣物質(zhì)反應(yīng)或引入含鈣物質(zhì)后再與庚二酸反應(yīng)，都可實(shí)現(xiàn)填料表面成核機(jī)理α→β轉(zhuǎn)變，而獲得具有β-成核作用的填料。如MWCNT與庚二酸作用后，再與乙酸鈣反應(yīng)形成庚二酸鈣，可得到高β-成核作用的MWCNT。采用傳統(tǒng)方法制備MWCNT填充β-PP材料，難于得到高β-晶含量的復(fù)合材料。而β-MWCNT填充可獲得95%以上β-晶含量的高填充PP納米材料，且不受MWCNT用量影響。而分子篩經(jīng)氯化鈣或醋酸鈣鈣化后，再與庚二酸反應(yīng)可獲得高β-成核作用的β-分子篩。其填充PP材料β-晶含量高達(dá)95％。以上研究在國(guó)內(nèi)外發(fā)表SCI論文28篇，授權(quán)發(fā)明專利1件，Scopus-分析搜索結(jié)果顯示為近幾年國(guó)際上發(fā)表β-PP復(fù)合材料論文最多的機(jī)構(gòu)和作者，被國(guó)外學(xué)者認(rèn)為做出杰出、開(kāi)創(chuàng)性的工作。該研究對(duì)于發(fā)展高韌性PP結(jié)構(gòu)與功能材料和填充β-PP材料低成本產(chǎn)業(yè)化具有重要科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。 2100433B

針對(duì)目前填充聚丙烯（PP）復(fù)合材料都為α-PP基體，沖擊強(qiáng)度較低，采用彈性體增韌雖可提高韌性，但引起材料剛性降低。本項(xiàng)目通過(guò)研究PP不同填料表面的α-成核作用轉(zhuǎn)化為β-成核作用的科學(xué)問(wèn)題，解決實(shí)現(xiàn)填料表面α-成核作用轉(zhuǎn)變?yōu)棣?成核作用的技術(shù)問(wèn)題，為低成本制備具有高效β-成核作用的填料（簡(jiǎn)稱β-填料）提供科學(xué)與技術(shù)依據(jù)。通過(guò)研究β-填料與PP復(fù)合制備高韌性的填充β-PP復(fù)合材料中β-PP形成的科學(xué)問(wèn)題，解決高性能填充β-PP復(fù)合材料的制備技術(shù)問(wèn)題，為低成本制備高性能填充β-PP復(fù)合材料提供科學(xué)與技術(shù)依據(jù)。通過(guò)不同填料表面成核作用的轉(zhuǎn)變，探索填充PP復(fù)合材料中α-和β-成核機(jī)理相互轉(zhuǎn)變的規(guī)律，為深入研究β-成核機(jī)理提供科學(xué)依據(jù)。本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)填料表面α-成核作用轉(zhuǎn)變?yōu)棣?成核作用和高β-PP含量填充PP復(fù)合材料的制備及其研究，具有領(lǐng)先性和創(chuàng)新性，

陶瓷增強(qiáng)體的種類、形貌（晶須或顆粒）、尺寸是影響金屬基復(fù)合材料（MMCs）性能的關(guān)鍵共性基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。本項(xiàng)目研究具有不同形貌與尺寸的原位自生陶瓷顆粒與晶須對(duì)鈦基復(fù)合材料（TMCs）的混雜增強(qiáng)效應(yīng)與機(jī)理。研究原位自生增強(qiáng)TMCs的制備工藝，分析增強(qiáng)體的形貌、尺寸等因素對(duì)復(fù)合材料微觀組織和各項(xiàng)力學(xué)性能的不同影響；從材料學(xué)的角度出發(fā)，研究原位自生顆粒與晶須對(duì)TMCs材料的混雜增強(qiáng)效應(yīng)，并探討其混雜增強(qiáng)機(jī)理；結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬分析方法建立混雜增強(qiáng)效應(yīng)對(duì)材料不同性能的影響模型，揭示混雜效應(yīng)與材料力學(xué)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系與規(guī)律性。本項(xiàng)研究將對(duì)TMCs性能優(yōu)化起重要指導(dǎo)作用，為采用材料設(shè)計(jì)的思想制備高性能TMCs提供理論基礎(chǔ)與指導(dǎo)，對(duì)促進(jìn)鈦基復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用有重要意義，并對(duì)其它顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備具有參考與借鑒意義。 2100433B