硅灰石（wollastonite）是一種天然硅酸鹽礦物，主要化學(xué)成分為CaSiO3，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、硬度高、成本低。形態(tài)上為針狀、纖維狀，作為增強(qiáng)填料被廣泛應(yīng)用于聚合物基復(fù)合材料。
1、改性硅灰石填充聚丙烯復(fù)合材料
將聚丙烯、未改性/改性硅灰石、抗氧劑按一定比例混勻，用雙螺桿擠出機(jī)共混擠出造粒，注塑制成標(biāo)準(zhǔn)測試樣條，測試樣條注塑的沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性（維卡軟化點(diǎn)），并將復(fù)合材料沖斷面鍍金處理后進(jìn)行SEM分析。
（1）性能對比
當(dāng)硅灰石填充量為20%時，改性硅灰石填充聚丙烯復(fù)合材料與純聚丙烯材料的性能對比：
沖擊強(qiáng)度：硅灰石填充聚丙烯復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度為9.21 kJ/m2，比純PP提升了86.11%；
拉伸強(qiáng)度：硅灰石填充聚丙烯復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為33.67 MPa，比純PP提高7.34%；
彎曲強(qiáng)度：硅灰石填充聚丙烯復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度為45 MPa，比純PP提高了22.88%；
熱穩(wěn)定性：硅灰石填充聚丙烯復(fù)合材料維卡軟化點(diǎn)為155.4℃，較純PP提升了10.6%。
（2）SEM分析
未改性/改性硅灰石填充聚丙烯復(fù)合材料沖擊試樣斷面SEM
由未改性/改性硅灰石填充聚丙烯復(fù)合材料沖擊試樣斷面SEM照片可以看出：
未改性硅灰石在聚丙烯基體內(nèi)發(fā)生比較明顯的團(tuán)聚，說明硅灰石與聚丙烯之間相容性很差；在樣條注塑沖擊斷面處出現(xiàn)了大量空穴，針狀硅灰石與聚丙烯基體之間有明顯的分界線，許多硅灰石粒子并沒有與聚丙烯很好的結(jié)合，導(dǎo)致了復(fù)合材料的力學(xué)性能較低。
經(jīng)過改性后的硅灰石在聚丙烯基體中分散的更好，空穴基本消失，大量的硅灰石都粘附于基體之中，改性硅灰石與聚丙烯基體的界面相容性好。
2、硅灰石常用改性劑
硅灰石常用的改性劑有硅烷偶聯(lián)劑、硬脂酸、鈦酸酯等。
（1）硅烷偶聯(lián)劑和硬脂酸復(fù)合改性硅灰石
利用硅烷偶聯(lián)劑KH-570和硬脂酸復(fù)合改性硅灰石，將固含量20%的硅灰石加入到裝有無水乙醇的三口瓶中，加入一定量的復(fù)合改性劑（硅烷偶聯(lián)劑KH-570占復(fù)合改性劑的50%），復(fù)合改性劑的用量為硅灰石質(zhì)量的4%；80℃下機(jī)械攪拌2h，攪拌速度為600r/min；抽濾，80℃真空干燥8h后得到復(fù)合改性硅灰石。
硅烷偶聯(lián)劑水解生成硅醇后與硅灰石表面的羥基反應(yīng)，在其表面形成一層偶聯(lián)劑分子膜，使硅灰石表面有機(jī)化。硬脂酸電離提供的酸性環(huán)境有利于該反應(yīng)的進(jìn)行，同時能在硅灰石表面形成一層硬脂酸分子包覆。故用二者復(fù)合改性能進(jìn)一步提高改性硅灰石的親油性能。制得的改性硅灰石疏水性能較單一改性效果好，最大水接觸角達(dá)143.25°。
改性后的硅灰石表面包覆有改性劑分子層，填充聚丙烯時，包覆在其表面的高分子層會與聚丙烯分子鏈相互纏結(jié)，能有效的增強(qiáng)硅灰石與聚丙烯之間的作用力，增強(qiáng)硅灰石與聚丙烯的相容性。經(jīng)過改性的硅灰石在聚丙烯基中分散性更好，填充聚丙烯制得的復(fù)合材料性能會有顯著的增強(qiáng)。
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