１实验部分
１．１主要原料
ＰＰ（Ｚ３０Ｓ－２，熔体流动速率为２３ｇ／１０ｍｉｎ，等规度≥９５％），抚顺乙烯化工公司；纳米ＭｇＯ（平均粒径为５０ｎｍ，纯度为９９．９％），上海谱振生物科技公司。
１．２主要设备
双螺杆挤出机组（ＳＨＪ－２０Ｂ型），南京海思挤出设备公司；注塑机（ＨＴＢ－８０型），宁波海天塑料机械公司；紫外可见光谱仪（ＬＡＭＢＤＡ３５型），美国ＰＥ公司；冲击实验机（ＸＪＪ－５型），河北承德实验机公司；电子拉力实验机（ＲＧＤ－５），深圳瑞格尔仪器公司；扫描电镜（ＳＥＭ，ＳＩＲＩＯＮ２００型），荷兰ＦＥＩ公司；同步热分析仪（ＴＧＡ－ＤＳＣ１型），瑞士梅特勒－托利多公司。
１．３样品制备
将ＰＰ与纳米ＭｇＯ按一定比例混合均匀，在双螺杆挤出机上熔融共混挤出造粒制得ＰＰ／纳米ＭｇＯ复合材料。共混粒料干燥后，在注塑机上注射成标准测试用样条。
１．４测试与表征
ＤＳＣ测试：先快速升温至２００℃，恒温５ｍｉｎ以消除热历史，再以１０℃／ｍｉｎ的降温速率冷却，扫描纪录ＤＳＣ曲线；当温度降至５０℃后再以１０℃／ｍｉｎ的速率升温，扫描纪录ＤＳＣ曲线。使用的全结晶ＰＰ热焓为已报道的２０９Ｊ／ｇ［８］。ＴＧ测试的升温速度为１０℃／ｍｉｎ。将样品热压成薄膜后测试其紫外－可见光谱，并通过扫描电镜（ＳＥＭ）观测纳米ＭｇＯ在ＰＰ膜中的分散情况。力学性能测试：拉伸试验按ＧＢ／Ｔ１０４０－９０进行；弯曲试验按ＧＢ／Ｔ９３４１－８８进行；冲击试验按ＧＢ１０４３－９３进行。
２结果与讨论
２．１复合材料的结晶和熔融行为
通过ＤＳＣ研究复合材料的结晶和熔融行为，图１为纯ＰＰ和ＰＰ／纳米ＭｇＯ复合材料的降温结晶曲线和熔融曲线。从ＤＳＣ图中可得到ＰＰ／纳米ＭｇＯ的结晶温度（Ｔｃ）、熔融温度（Ｔｍ）和熔融热焓（ΔＨｍ）等，列于表１。从图１中的降温结晶曲线可见，纳米ＭｇＯ的加入使复合材料的结晶温度Ｔｃ有明显的提高。当纳米ＭｇＯ的含量为１％时，复合材料的Ｔｃ比纯ＰＰ提高了２．５℃（见表１），这表明少量的纳米ＭｇＯ即对ＰＰ基体有明显的异相成核作用。纳米ＭｇＯ的含量提高至２％和３％，复合材料的Ｔｃ增长幅度分别为１．０℃和０．５℃，表明Ｔｃ的增长幅度变缓。从表１还可看出，加入纳米ＭｇＯ可提高ＰＰ的结晶度。当纳米ＭｇＯ的质量分数为２％时，复合材料的结晶度达到３６．３％，比纯ＰＰ提高了２．１％，但当纳米ＭｇＯ添加量继续增加，复合材料的结晶度变化不大。这表明纳米ＭｇＯ对ＰＰ起异相成核的作用，有利于ＰＰ分子链的规整堆砌和结晶，减少结晶缺陷，从而使ＰＰ的结晶度增大。但当纳米ＭｇＯ的含量达到一定值时，作为诱导结晶中心的粒子逐渐趋于饱和，纳米ＭｇＯ作为成核剂的作用逐渐降低，复合材料的结晶度基本维持不变。过冷度（ΔＴ）为Ｔｍ与Ｔｃ的差值，反映了聚合物的结晶速率［９］。ΔＴ越小，即结晶温度越接近熔点，结晶速率越大。随着纳米ＭｇＯ含量的增加，复合材料的ΔＴ值逐渐减小，表明其结晶速率得到了提高。
２．２复合材料的热稳定性能
利用复合材料的ＴＧ曲线研究其热稳定性能，结果见图２。由图２可知，在热分解的前期阶段（２７５～３３０℃），随纳米ＭｇＯ含量的增加，复合材料的失重率增大，这是由于复合材料中吸附的少量水和气体小分子挥发所引起的［１０］，纳米ＭｇＯ增强了复合材料的吸附性能。在热分解的后期阶段（３３０～４００℃），随纳米ＭｇＯ含量的增加，复合材料的失重率减小，这是因为复合材料中的纳米ＭｇＯ并未发生热分解的缘故。由于纳米ＭｇＯ的引入，使得复合材料的热稳定性与纯ＰＰ相比有所降低，且随纳米ＭｇＯ含量增加，下降程度增大，这可能是由于纳米ＭｇＯ表面吸附的小分子物质热分解以及金属镁原子对ＰＰ的催化氧化分解所致。
２．３复合材料的光学性能
通过紫外－可见光谱来表征复合材料的光学性能，见图３。由图３可知，在４００～８００ｎｍ的可见光区，复合材料膜的透光率在４５％以上，复合材料呈现半透明状态，这是因为ＰＰ的结晶。可见光的透过率随纳米ＭｇＯ含量的增加而有所降低，这一方面是由于纳米ＭｇＯ颗粒在复合材料中对可见光产生了一定的反射、散射和吸收，另一方面与纳米ＭｇＯ可能促进ＰＰ结晶有关。在２００～４００ｎｍ的近紫外光区，随着纳米ＭｇＯ含量的增加，复合材料屏蔽紫外线的截止波长向可见光区逐渐红移，由２３０ｎｍ增加到了２７０ｎｍ，这表明纳米ＭｇＯ的加入提高了复合材料的紫外屏蔽性能。
２．４复合材料的力学性能
表２为纯ＰＰ和不同纳米ＭｇＯ含量的ＰＰ／纳米ＭｇＯ复合材料力学性能。由表２可知，纳米ＭｇＯ含量为１％时复合材料的冲击强度达到６．１ＫＪ／ｍ２，比纯ＰＰ提高３２％，表明纳米ＭｇＯ的加入能提高复合材料的韧性。纳米ＭｇＯ含量继续提高，复合材料的冲击强度先基本维持不变后又有所降低，表明纳米ＭｇＯ含量过多对改善复合材料的冲击强度的帮助不大。随纳米ＭｇＯ含量的增加，复合材料的弯曲强度先增加后又有所降低，纳米ＭｇＯ含量为２％时复合材料的弯曲强度最大，表明适量纳米ＭｇＯ的加入使得复合材料具有较好的刚度。随纳米ＭｇＯ含量的增加，复合材料的拉伸强度变化不明显。
２．５纳米ＭｇＯ在ＰＰ中的分散情况
图４为纳米ＭｇＯ含量为２％的ＰＰ／纳米ＭｇＯ复合材料膜的ＳＥＭ照片。通过对ＰＰ／纳米ＭｇＯ复合材料ＳＥＭ照片的观测可看到，纳米ＭｇＯ粒子的粒径为纳米级，未显示明显的团聚现象，纳米ＭｇＯ粒子在ＰＰ基体中的分散较为均匀。
３结论
采用熔融共混法制备了不同纳米ＭｇＯ质量分数的ＰＰ／纳米ＭｇＯ复合材料，纳米ＭｇＯ颗粒在复合材料中分散均匀。纳米ＭｇＯ的引入对ＰＰ的结晶有促进作用，并提高了ＰＰ的紫外屏蔽性能。纳米ＭｇＯ的引入尽管使ＰＰ的热分解温度有所降低，但在力学性能方面提高了ＰＰ的刚性和韧性。
作者：杨晓明 单位：陕西理工学院材料科学与工程学院
