聚烯烃/蒙脱土复合材料的制备与阻氧性能研究

杨智航，冯厚军，孔启明，唐旭东

（天津科技大学材料科学与化学工程学院，天津 300457）

本文以乙烯-辛稀共聚物（PE-R）、无规芥聚物（PP-R）、聚丁烯（PB）、聚丙烯接枝马来酸酐共聚物（PP-g-MAH）与有机蒙脱土（OMMT）。通过熔融共混制备了PE-R/OMMT、PP-R/OMMT、PB/OMMT、PP-g-MAH/OMMT复合材料。对上述复合材料的力学性能与阻氧性能等与未添加OMMT 的性能进行了比较与分析。

1 实验部分

1.1 主要原料

乙稀-辛稀共聚物（PE-R）：韩国SK 集团，DX800；无规共聚聚丙烯（PP-R）：北京燕山石油化工有限公司，4220；聚丙烯接枝马来酸酐共聚物（PP-g-MAH）：沈阳四维高聚物塑胶有限公司，SWJ-1B；聚丁烯（PB）：韩国爱康株式会社，YLEM1050；有机蒙脱土：浙江丰虹粘土化工有限公司，DK。

1.2 试样制备

PE-R/OMMT 复合材料试样的制备：将PE-R与OMMT 按比例1：1 混合后置于双辊塑炼机上(前辊温度为150℃、后辊温度为170℃)制备母料，冷却后破碎成粒料，母料烘干后与PE-R 按比例4：6 混合后通过双螺杆(各段工艺温度为130℃、160℃、160℃、160℃)挤出后造粒。用注塑机(各段工艺温度为150℃、160℃、160℃、150℃) 及压机(温度设置为160℃) 将干燥好的粒料分别注塑成样条及压制成膜。

PP-R/OMMT、PB/OMMT、PP-g-MAH/OMMT 复合材料试样的制备流程同上。

1.3 熔体质量流动速率测试（MFR）

按照国家标准GB/3682-2000，使用上海思尔达科学仪器有限公司RL-Z1B1 熔体流动速率仪进行测试。

1.4 DSC 测试

按照国家标准GB/T19466，使用NETZSCH 公司的DSC 204F1 进行测试。

1.5 维卡软化点测试

按照国家标准GB/T1633-2000，使用深圳市新三思微机控制热变形维卡软化试验机进行测试，升温速率为50℃/h。

1.6 力学性能测试

冲击性能测试：按照国家标准GB/T 1043-93，使用深圳市新三思材料检测有限ZBC-1400-1 摆锤冲击试验机进行测试。

拉伸性能测试：按照国家标准GB/T 1043-92，使用深圳市新三思材料检测有限公司CMT4503 微机控制万能试样机进行测试，拉伸速率50mm/min。

1.7 氧气透过率测试

按照国家标准GB/T 19789，采用等压法使用OX2/231 氧气透过率测试系统进行测试。

2 结果与讨论

表1 样品的编号

2.1 熔点、维卡软化点和MFR 数据分析

表2 材料的熔点、维卡软化点和MFR 数据

由上表2 可知各材料的熔点、维卡软化点和熔体质量流动速率（MFR），添加了20%的有机蒙脱土的复合材料的熔体质量流动速率均出现下降，且幅度较大，而熔点和维卡软化点则略有上升，这可能是有机蒙脱土加入后，与基体形成了两相结构，出现了连续相与分散相，从而使使分子链的运动受到了较大的阻力，所以熔体质量流动速率出现了下降，而熔点和维卡软化点则都有一定程度的升高。

2.2 材料的力学性能分析

表3 材料的力学性能数据

由表3 可知各材料的力学性能数据，相比纯聚合物A-1、B-1、C-1、D-1 材料，加入了20%的有机蒙脱土的A-2、B-2、C-2、D-2 复合材料的拉伸强度及断裂伸长率、弯曲强度、弯曲弹性模量均出现下降，这可能是由于有机蒙脱土的加入量过多，使得其不但未能使聚合物分子链呈现刚性而增强力学性能，及异相成核作用降低致使聚合物的结晶性能未有很大的提高，从而未能使大分子链排列更规整紧密而提高力学性能，且由于加入量过多，有机蒙脱土未能在聚合物中分散均匀，容易形成团聚致使不易形成剥离型的复合材料，最终使得复合材料的力学性能不升反降。

2.3 阻氧性能分析

表4 材料的阻氧性能数据

由表3 可知各材料的氧气透过量，在40%RH和80%RH 的情况下，添加了20%的有机蒙脱土的复合材料的氧气透过量都比纯聚合物材料的氧气透过量要小这说明了有机蒙脱土的加入能够提高聚合物材料对气体的阻氧性能，这可能是分散在聚合物基体中的有机蒙脱土对气体分子有阻碍透过作用，能够形成“迷宫”效应[4，5]。相对湿度（RH）由40%提高到80%时，氧气的透过量略有降低，这则有可能是相对湿度的增加，使与聚合物中的有机蒙脱土结合的水分子更多，对气体分子的阻碍透过能力增强，所以氧气透过量略有降低。

3 结论

3.1 添加了20%有机蒙脱土的复合材料的熔体质量流动速率大幅度下降，熔点和维卡软化点略有上升。

3.2 添加了20%有机蒙脱土的复合材料的力学性能与未添加的相比出现下降。

3.3 添加了20%有机蒙脱土的复合材料阻氧性能与未添加的相比有所提高。

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