Właściwości i struktura kompozytów polipropylen/krzemian warstwowy

• Autorzy: Janik J.

Warianty tytułu

EN

Properties and structure of composites polypropylene/clay

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł ten dotyczy badań nad możliwością wytwarzania nanokompozytów termoplastycznych z udziałem proszkowego napełniacza nieorganicznego. Badania nad kompozytami polipropylenu (PP) - jako osnowy z krzemianem warstwowym, w postaci organicznie modyfikowanego bentonitu (OB) - jako napełniacza, prowadzone były w kierunku optymalizacji parametrów technologicznych ich wytwarzania, jak i badania właściwości mechanicznych, termicznych oraz struktury morfologicznej. Omawiane kompozyty wytwarzano z wykorzystaniem wytłaczarki dwuślimakowej, współbieżnej. Zbadano zmianę właściwości kompozytów PP/bentonit, przy różnym udziale wagowym napcłniacza w zakresie: 10, 15 i 20% wag., jak i wpływu dodatku kompatybilizującego, w postaci polipropylenu naszczepionego bezwodnikiem maleinowym - PP-g-MA (PB 3002 i Exxelor), na ich właściwości. Dodatek bentonitu (10, 15 i 20% wag.) do polipropylenu obniża [sigma]M i [sigma]fM (rys. rys. 1 i 3), natomiast podwyższa Et i Ef (rys. rys. 2 i 4) w porównaniu do samego PP. Kompozyty PP/bentonit są kruche, o czym świadczy spadek udarności i wydłużenia przy zerwaniu (rys. rys. 5 i 6). Otrzymane kompatybilizowane kompozycje polipropylenu z bentonitem wykazywały znacznie wyższe właściwości mechaniczne i termiczne niż czysty PP. Dodatek kompatybilizatora do kompozycji PP/bentonit podwyższa właściwości mechaniczne, takie jak: Et, Ef, [sigma]fM (rys. rys. 2-4). Polybond 3002 w większym stopniu poprawia te właściwości niż Exxelor. Najlepsze właściwości wykazuje kompozyt PP/20%OB/PB3002. Szczególnie znaczna jest poprawa właściwości przy zginaniu (o 87% Ef i o 60% [sigma]fm dla PP/20%OB/PB3002 w porównaniu do samego PP), co świadczy o anizotropii struktury. Badania DMTA wykazały, że kompozycje PP/20%OB, PP/20%OB/PB3002 i PP/20%OB/Exxelor charakteryzują się znacznie wyższymi wartościami modułów zachowawczych E' w porównaniu do czystego PP (rys. 7), przy czym kompozyt z udziałem PB 3002 posiada wartości najwyższe w całym temperaturowym zakresie pomiaru: dodatek napełniacza do PP znacznie obniżył temperaturę zeszklenia polipropylenu (rys. 8, tab. 1). Kompozyty kompatybilizowane są również odporniejsze termicznie niż sam PP, co wykazały badania TG i DTG (rys. 9, tab. 2). Na podstawie obserwacji mikrostruktury (SEM) (rys. rys. 10 i 11) można stwierdzić, że Polybond 3002 spełnił rolę kompatybilizatora, ujednorodnił dyspersję bentonitu, zmniejszając jednocześnie wielkość jego cząstek w matrycy polipropylenowej.

EN

This paper presents of research on possibility producing of thermoplastics nanocomposites with inorganic filler. Composites of polypropylene (PP-matrix) with clay-organic modified bentonite (filler) under the direction of optimisation technological parameters their produce and their properties was studied. The effect of commercial compatibilizers like graft polypropylene of maleic anhydrite (PP-g-MA) on composites PP/clay properties (static mechanical properttes, thermal properties and structure) was investigated. The concentration of bentonite (OB) in the composites in a range 10, 15 and 20 wt.% was kept. The composites using a two-screw, corotating extruder were compounded. The research show that tensile strength [sigma]M and flexural strength [sigma]fM of composites PP/clay (10,15, 20 wt.%) clay are lower than for PP (Figs. 1, 3) and modulus of elasticity at tensile Et, and modulus of elasticity at bending Ef are higher than PP (Figs. 2, 4). Composite PP/clay are brittle, what was related with decreasing of elongation at break [epsilon]B and Charpy notched a(n) in comparison with PP (Figs. 5 i 6). Addition of compatibilizing agents (PP-g-MA: PB 3002 and Exxelor) to PP/clay improves considerably mechanical properties in comparison with PP, but with PB 3002 increase is higher than with Exxelor. For example composite PP/20%OB/PB3002 demonstrate higher Ef(about 87%) and [sigma]fM (about 60%) than PP. Composites PP/20%OB and with compatibilizing agents characteristics higher bending modulus E' (DMTA) than PP (Fig. 7), and composites with PB 3002 demonstrate the highest values E'. Composite PP/clay characteristics lower glass temperature then PP (Fig. 8, Tab. 1). TG and DTG research (Fig. 9, Tab. 2) demonstrate improve thermal resistance of PP after addition of compatibilizers. Compatybilizing composites demonstrate higher thermal resistance than PP (Fig. 9). SEM pictures show (Figs. 10 and 11), that PB 3002 is a good compatibilizer, in composites PP/clay improve dispersion and reduce the size particle of filler (bentonite) in PP matrix.

Słowa kluczowe

PL

nanokompozyt polimerowy; kompozyt; bentonit; krzemian warstwowy; polipropylen; kompatybilizator; właściwości; struktura

EN

polymer nanocomposites; composite; bentonite; polypropylene; clay; compatibilizer; properties; structure

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 4, nr 10
• Strony: 205--211
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Janik J.

• Politechnika Szczecińska, Instytut Polimerów, ul. Pułaskiego 10, 70-322 Szczecin

Bibliografia

• [1] Śleziona J., Podstawy technologii kompozytów, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998.
• [2] Kato M., Usuki A., Polymer-Clay Nanocomposites, (w:) Polymer-Clay Nanocomposites, ed. T.J. Piniava, G.W. Beall, John Wiley and Sons Ltd., Chichester 2000, 99, 105.
• [3] Lee J.W., Lim Y.T., Park O.O., Polymer Bulletin 2000, 45, 191.
• [4] Reichert P., Nitz H., Klinke S., Brandsch R., Thomann R., Mulhaupt R., Macromolec. Mater. Eng. 2000, 275, 8.
• [5] Reichert P., Hoffmann B., Bock T., Thomann R., Mulhaupt R., Fridrich Ch., Macromolec. Rapid Commun. 2001, 22, 519-523.
• [6] Manias E., Touny A., Wu L., Lu B., Strawhecker K., Gilman J.W., Chung T.C., Polimeric Materials: Sci. & Eng. 2000, 82, 282.
• [7] Manias E., Touny A., Wu L., Strawhecker K., Lu B., Chung T.C., Chem. Mater. 2001, 13, 3516.
• [8] Sangeata Hambir Neelima Bulakh, Jog J.P., Polymer Engineering and Science 2002, 42, 9.
• [9] Kacperski M., Polimery 2002, 47, 801.
• [10] Koszkul J., Polipropylen i jego kompozyty, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 1997.
• [11] Królikowski W., Mat. Konf. IV Szkoła Kompozytów, Warszawa-Wisła 8-10 grudnia 2003, 37.
• [12] Groś Ł., Badania nad otrzymywaniem nanokompozytów: termoplast - napełniacz nieorganiczny, praca magisterska, Politechnika Szczecińska, Szczecin 2003.
• [13] Kacperski M., Polimery 2003, 48, 85.