论文摘要：本文以PE/CaCO 共混体系为研究对象，探讨随CaCO 含量的逐步改变，共混体系弹性模量、断裂伸长率、冲击强度等力学性能的变化趋势，并分析了产生这些变化趋势的原因，获得了较为理想的PE/CaCO 组分配比。

　　论文关键词：共混体系，力学性能

　　1.引言

　　材料改性的方法有很多，比如化学改性、共混改性、表面改性等，其中又以共混改性最简单易行，被广泛的应用于塑料加工领域，尤其是价格低廉的通用塑料的该性，通过加入其它组分，可能获得意想不到的结果。本文就是基于此，探索无机刚性粒子CaCO对通用塑料PE力学性能的贡献程度以及二者的最佳配比，通过对结果的分析，以期获得一条好的材料改性思路和方法。

　　2.实验方案

　　该实验总体由四个阶段组成：配料、造粒、制样、性能测试，其流程如Fig1所示：

　　首先，将PE、CaCO、硬脂酸和钛酸脂按

　　组分

　　1

　　2

　　3

　　4

　　5

　　6

　　7

　　8

　　9

　　PE（%）

　　100

　　95

　　90

　　85

　　80

　　75

　　70

　　65

　　60

　　CaCO （%）

　　0

　　5

　　10

　　15

　　20

　　25

　　30

　　35

　　40

　　stearic acid（%）

　　0

　　0.5

　　0.7

　　0.9

　　1.2

　　1.5

　　2.0

　　2.5

　　3.0

　　titantic acid fat（%）

　　0

　　1.6

　　1.8

　　2.0

　　2.1

　　2.2

　　2.3

　　2.4

　　2.5

　　Notice：The weight percent of stearic acid and titantic acid fat are percents with mixture.

　　的比例称量，置于烧杯中用玻璃棒混合均匀，每份试样的总量控制在250g左右。

　　Table1distributionofexperimentalreagent

　　table1

　　将混合均匀的掺混料用TSE20双螺杆挤出机挤出棒材，用剪刀将棒材剪成小颗粒，然后将共混颗粒料用小密封带存储在干燥的环境中备用。

　　待共混粒料制备完毕，再用SZ-100/40A注塑机注塑拉伸和冲击样条，将样条在力学性能测试室存放48h以上。

　　最后，分别采用LDS-20KN拉力实验机、JJ-22机械式简支梁冲击实验机进行拉伸强度、断裂伸长率、缺口冲击强度的测定，并进行详细的数据记录。

　　3.CaCO对PE/CaCO共混体系力学性能影响

　　每组配方选取5个试样进行拉伸和冲击实验，然后获取相应的弹性模量、断裂伸长率和缺口冲击强度的数据，再对每组试样求算术平均值作为该组试样的力学性能值。然后根据这些这些数据，我们分析随CaCO含量的变化，共混体系力学性能的变化趋势。

　　3.1CaCO对PE/CaCO共混体系弹性模量的影响

　　弹性模量是材料力学性能中最为重要的性能之一，它由试样所受到的拉伸力和截面面积的比值来表征，弹性模量越大则材料所能承受的张应力也越大。Fig2所示为共混体系的弹性模量随CaCO质量百分含量逐渐增加的变化趋势。

　　Fig.2Thepercentofcalciumcarbonate—tensilestrengthcurve

　　从图中我们可以看出，曲线可以分成3段：当CaCO含量为0~20%时，共混体系的弹性模量变化不大，与纯PE相当；当CaCO含量为20%~25%时，共混体系的弹性模量出现快速增加的趋势；当CaCO含量为25%~40%时，共混体系的弹性模量的变化趋于平缓，约为纯PE的1.5倍左右。

　　从理论上，我们可以借用银纹-剪切带理论进行解释：①当CaCO含量较低时，CaCO以较小的颗粒粒径分散于PE基体中，当基体受到拉伸应力作用时，CaCO颗粒成为应力集中点，诱发大量的银纹而消耗外界能量，但由于CaCO颗粒粒径较小，无法终止银纹的发展，导致材料在较小应力下就发生破坏；②当CaCO达到一定含量时（20%），CaCO出现团聚，而较大的CaCO颗粒可以终止银纹的发展，从而使体系可以承受的张应力增大；③当CaCO含量维持在一个较高水平时，CaCO颗粒既可以诱发基体材料产生银纹，又能将及时终止银纹，从而提高了材料承受外界张应力的水平。

　　3.2CaCO对PE/CaCO共混体系断裂伸长率的影响

　　断裂伸长率是发生拉伸断裂后，其长度相对原始长度所增加的百分比，断裂伸长率越大则材料的韧性越好。Fig3所示为共混体系的断裂伸长率随CaCO质量百分含量逐渐增加的变化趋势。

　　Fig.3Thepercentofcalciumcarbonate—elongationindexcurve

　　从图中我们可以看到，随着CaCO含量的增加，共混体系的断裂伸长率出现迅速下降的趋势，当CaCO含量为25%之后，这种下降趋势趋于平缓。而在CaCO含量25%~40%之间，断裂伸长率一直维持在65%~75%之间，虽然相对纯PE下降了很多，但依然满足大多数应用领域的要求。

　　体系的断裂伸长率出现这样的变化，是有体系的微观结构所决定的—PE/CaCO共混体系是以CaCO为分散相，以PE为连续相的“海-岛”结构。虽然在该体系中加入了偶联剂和表面改性剂，但两者依然会存在界面间隙，也就导致CaCO颗粒在基体材料受到张力时成为应力集中点，使得PE结晶区内的链段未能延展材料就会发生断裂。

　　3.3CaCO对PE/CaCO共混体系冲击强度的影响

　　冲击强度由冲击能量和材料断面面积的比值来表征，该值越大表示这种材料所能承受的外界冲击力越大。Fig4为共混体系的冲击强度随CaCO质量百分含量逐渐增加的变化趋势。

　　Fig.4Thepercentofcalciumcarbonate—impactstrengthcurve

　　从曲线图中可以看出，曲线也可以分为三段：当CaCO含量为0~20%时，共混体系的冲击强度维持在一个较低的水平；当CaCO含量为20%~25%时，共混体系的冲击强度出现快速增加的趋势；当CaCO含量为25%~40%时，共混体系的冲击强度维持在一个较高的水平变化。　　出现这样的变化，可以采用银纹支化理论加以解释：当CaCO含量较少时，CaCO不能够通过阻止银纹的发展来诱发新的银纹；随着CaCO含量增大，其平均粒径也会随之增大，当银纹扩展遇到CaCO粒子会被终止而诱发新的银纹，这样共混体系就可以通过诱发—发展—终止—二次诱发—…这样的过程将外界的能量消耗掉，从而提高体系的抗冲能力。

　　4.结论

　　⑴PE/CaCO共混体系当CaCO含量为25~40%时，其弹性模量达到较高的水平，约为纯PE的1.5倍左右；

　　⑵随着CaCO的增加，PE/CaCO共混体系的断裂伸长率呈现下降趋势，但当CaCO含量为25~40%时断裂伸长率维持在70%左右；

　　⑶当CaCO含量为25~40%时，PE/CaCO共混体系的冲击强度提高到约为纯PE的1.2倍左右。

　　⑷综合各项力学性能，CaCO含量在30%左右时，PE/CaCO共混体系力学性能最佳。

　　REFERENCES

　　【1】孟季茹，梁国正，秦华宇，赵磊。刚性粒子增韧增强聚合物的研究概况[J].塑料，2002，31（2）：47~50.

　　【2】郭玉花，藤立军，黄震等。PE/CaCO保鲜膜研制及其在小油菜保鲜中的应用[J].包装工程，2006，27（4）：59-61.

　　【3】李星，刘东辉，黄云华。复合偶联剂处理CaCO及对PE影响的研究[J].石化技术与应用，2004，22（2）：90~93.

　　【4】R.D.K.Misra,P.Nerikar,K.Bertrand,D.Murphy.Someaspectsofsurfacedeformationandfractureof5-20%calciumcarbonate-reinforcedpolyethylenecomposites[J].MaterialsscienceandEngineering,2004,384:284-298.