摘要：利用偶聯(lián)劑對硅灰石表面進行處理，制備了硅灰石粉填充改性尼龍1212復合材料。研究了偶聯(lián)劑用量和硅灰石含量對復合材料力學性能的影響，分析了硅灰石填充對復合材料熱變形溫度和熱膨脹系數(shù)的影響。結果表明，加入質量分數(shù)1.0%的KH-550型硅烷偶聯(lián)劑，當硅灰石的質量分數(shù)為40%時，復合材料的拉伸強度、彎曲強度較尼龍1212提高了11%和64%，沖擊強度基本保持不變．同時，復合材料的熱變形溫度提高了93%，熱膨脹系數(shù)有明顯的降低，吸水率下降了55%，材料尺寸穩(wěn)定性有明顯提高．

 硅灰石是鈣的偏硅酸鹽類礦物，結構式為Ca3[ Si309]。硅灰石具有良好的俞電性能、低吸濕性、低黏度、較高的耐熱性和快速分散等功能填料的特點，因此被廣泛應用于橡膠、塑料、造紙、陶瓷、涂料等行業(yè)。近年來，它與高分子材料的復合改性應用尤為突出.本文利用新型長碳鏈尼龍1212作為基體樹脂，硅灰石粉作為填充材料，制備了尼龍1212/硅灰石復合材料，旨在降低生產成本，提高材料的強度、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性和耐磨性。

l實驗部分

1.1原料及試劑

硅灰石：針狀粉(800 mesh)，新余市南方硅灰石實業(yè)公司；尼龍1212:山東淄博廣通化工有限公司，相對黏度為1. 33 (200 0C);偶聯(lián)劑：KH-550南京曙光化工集團。

1.2主要儀器設備

 高速混合機：SHR-5型，張家港瑞達機械制造廠；雙螺桿擠出機：TE-34型，南京科亞塑料機械有限公司；精密注塑機：F80WZ型，寧波海天塑料機械有限公；{wn}制樣機：HY-W型，河北承德實驗機廠；臂梁沖擊試驗機：XCJ型，吉林大學科教儀器廠；力學性能{wn}試驗機：CMT5104，深圳新三思有限公司；AVS微機控制熱變形維卡軟化試驗機，美特斯工業(yè)系統(tǒng)中國有限公司；ZRPY-300熱膨脹系數(shù)測定儀，湘潭市儀器儀表有限公司。

1.3復合材料的劁備

1. 3.1硅灰石粉的表面改性：將偶聯(lián)劑和無水乙醇按1.5的體積比配成溶液待用。將帶有溫控設施的高速混合機升溫至80℃;然后加入經110℃哄干10h的硅灰石，高速攪拌5min，再把配好的偶聯(lián)劑溶液慢慢加入盛有硅灰石的高速混合機中，高速混20min，稍冷后取出備用。

1.3.2尼龍1212/硅灰石復合材料的制備：將80℃真空干燥12h后的尼龍1212、經偶聯(lián)劑處理好的硅灰石及其他助劑按一定比例在高速混合機中混合均勻，然后在雙螺桿擠出機中進行熔融共混、擠出造粒，{zh1}用注塑機制成標準樣條，擠出工藝和注塑工藝條件見Tab.1和Tab.2。

1.4性能測試

將樣條烘干后，按GB/T 2918-1998對樣條進行狀態(tài)調節(jié)，并處于實驗環(huán)境下。按GB/T 1040-1992測試拉伸強度、斷裂伸長率，拉伸速度20mm/min;按GB/T 9341-1988測試彎曲強度、彎曲模量，測試速度2mm/min;按GB/T  1843 - 1996測試懸臂梁缺口沖擊強度；按GB/T  1634- 2004測試熱變形溫度，負荷為1. 86MPa;按GB/T 1036-1989測試樣條的線膨脹系數(shù)，升溫速率2K/min，升溫范圍室溫到150 ℃;按GB/T 1034-1998測試制品的吸水率。

1.5表面形貌觀察

 將尼龍1212/硅灰石復合材料試條放在液氮中進行脆斷，然后截取長度為2mm一3mm的試樣（截取過程中注意保護好斷面，防止粘上碎屑），在斷面處鍍金.JSM-6700F型掃描電子顯微鏡（日本JEOL）對其斷面進行觀察，分析復合材料的微觀結構形態(tài)。

2結果與討論

2.1偶聯(lián)劑用量對復合材料力學性能的影響

偶聯(lián)劑用量對復合材料力學性能的影響見Tab.3。由Tab.3可以看出，在硅灰石填充量相同的情況下，經過偶聯(lián)劑處理的復合材料的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度都有所提高。偶聯(lián)劑可以與硅灰石表面的羥基以及尼龍1212表面的羧基分別發(fā)生反應，相當于起到“橋梁”的作用，從而提高尼龍1212和硅灰石的相容性，進而提高復合材料的力學性能。但當偶聯(lián)劑質量分數(shù)達到1.5%時，由于偶聯(lián)劑的用量超過了界面反應基團的量，多余的偶聯(lián)劑成為無效組分，反而使復合材料的力學性能有所下降。因此偶聯(lián)劑的質量分數(shù)為1.0%時，復合材料的力學性能較優(yōu)。

2.2砝灰石含量對復合材料力學性能的影響

硅灰石含量對復合材料拉伸強度、彎曲強度及沖擊強度的影響見Tab.4。從Tab.4可以看出，硅灰石質量分數(shù)達到40%以前，隨著硅灰石含量的逐漸增加，復合材料的拉伸強度和彎曲強度在逐漸提高。分析認為，經過表面偶聯(lián)劑處理過的硅灰石與基體樹脂的界面粘接強度增大，同時硅灰石自身的剛性較高，限制了其在基體樹脂中的分子運動，在受到外力作用時不易產生形變，從而能提高復合材料的拉伸強度和彎曲強度。而缺口沖擊強度則隨著硅灰石含量的增加有所下降，但下降幅度較小，仍能保持基體樹脂的韌性。當硅灰石質量分數(shù)超過40%后，材料的力學性能開始大幅下降。這表明，當硅灰石質量分數(shù)超過40%后，基體樹脂的連續(xù)相被破壞，無機填料出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，拉伸、彎曲及沖擊強度開始下降。

試驗表明，硅灰石的加入對提高尼龍1212的力學性能有明顯的作用，且在一定范圍內，基體樹脂中硅灰石含量越高，其增jx果越明顯，40%的硅灰石是硅灰石在樹脂基體中的臨界含量。

2,3硅灰石含量對復合材料熱變形溫度的影響

 從Fig.1可以看出，硅灰石的加入對復合材料的熱變形溫度有較大影響，隨著硅灰石含量的增加，夏合材料的熱變形溫度逐漸升高，當硅灰石的質量分數(shù)為50%時，復合材料的熱變形溫度為93℃。

2.4硅灰石含量對復合材料熱膨脹系數(shù)的影響

  由Fig.2可以看出，隨著溫度的上升，尼龍1212及其復合材料的熱膨脹系數(shù)均為先升高而后降低。通過對比可以看出，隨著硅灰石含量的增加，復合材料的熱膨脹系數(shù)呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，分析認為硅灰石與

尼龍1212相比具有更好的耐熱性和更低的熱膨脹系數(shù)。因此當復合材料受熱后，高分子鏈段的熱運動不但要克服相鄰分子鏈之間的內聚力，而且還要克服無機剛性粒子與高分子鏈之間的摩擦力。因此經復合后，基體樹脂的高分子鏈段運動減弱，復合材料的熱膨脹系數(shù)降低。

 2.5硅灰石含量對復合材料吸水性的影響

    從Fig.3看出，隨著硅灰石含量的增加，復合材料的吸水率逐漸降低，尤其是當硅灰石的質量分數(shù)為50%時，復合材料的吸水率降到了0,1%以下，說明硅灰石的加入極大地降低了復合材料的吸水率，復合材科的尺寸穩(wěn)定性有較大提高。

2.6復合材料沖擊缺口的微觀形貌 

   由Fig.4可以看出，當硅灰石的質量分數(shù)為50%時，復合材料的斷面已經出現(xiàn)了硅灰石顆粒的團聚，這說明隨著硅灰石填充量的增加，硅灰石顆粒在尼龍1212中的分散性變差，復合材料的力學性能因此下降，這與試驗所取得的數(shù)據(jù)是一致的  ．

3結論

 采用KH -550型硅烷偶聯(lián)劑處理硅灰石粉，偶聯(lián)劑的質量分數(shù)為1.0%時，復合材料的力學性能較優(yōu)。當硅灰石的質量分數(shù)為40%時，尼龍1212/硅灰石復合材料的綜合力學性能較優(yōu)，拉伸、彎曲和彎曲模量較尼龍1212分別提高了11%、64%和153%，缺口沖擊強度沒有明顯下降。同時，復合材料的熱變形溫度提高了93%，熱膨脹系數(shù)也有明顯的降低，復合材料的吸水率已經降到0.10%左右，材料尺寸穩(wěn)定性有明顯提高。