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  隨著塑料產(chǎn)品向輕、薄、短、小方向的快速發(fā)展，在常規(guī)注塑成型技術(shù)的基礎(chǔ)上，微注射成型技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。然而，聚合物制品的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其宏觀性能起決定性作用。在諸多結(jié)晶形貌中，取向的結(jié)晶結(jié)構(gòu)（如串晶）在提高制品力學(xué)性能方面有重要影響。相對(duì)于常規(guī)注射成型而言，微注射成型薄壁制件由于注塑過(guò)程中更快的注射速率和更高的注塑壓力，使其制品內(nèi)部更容易形成取向結(jié)構(gòu)，最終制品的力學(xué)性能得以提高。

  鄭州大學(xué)劉憲虎副教授和中原工學(xué)院米立偉教授團(tuán)隊(duì)利用具有溢流槽的模具通過(guò)微注射成型技術(shù)制得了熱-機(jī)械性能優(yōu)異的等規(guī)聚丙烯（iPP）/多壁碳納米管（MWCNTs）復(fù)合材料薄壁制品。而且，樣品中MWCNTs的含量非常低（小于0.5wt%）。為了使MWCNTs在iPP基體中能夠良好的分散，他們首先通過(guò)溶液法制備iPP和MWCNTs的母料，然后再通過(guò)熔融共混法對(duì)其進(jìn)行稀釋得到了iPP/MWCNTs共混料。從SEM結(jié)果中可以看出，MWCNTs能夠較均勻地分散在iPP基體中。

圖1 (a) iPP/WCNTs復(fù)合制品制備過(guò)程示意圖, (b) 不同含量MWCNTs在iPP基體中的分散狀態(tài)。

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微注射成型iPP/MWCNTs復(fù)合制品內(nèi)部分子鏈和片晶均發(fā)生了明顯的取向結(jié)晶。另外，MWCNTs的加入使得β晶的形成受到抑制。此外，與純iPP制品相比，MWCNTs的加入使得長(zhǎng)周期稍微有所減小，這可能歸因于MWCNTs作為iPP的α成核劑，能夠誘導(dǎo)形成較多數(shù)量的成核點(diǎn)，從而使iPP晶粒得以細(xì)化。

圖2 微注射制品的(a) 2D-WAXD衍射圖, (b) 1D-WAXD曲線, (c) 2D-SAXS散射圖, (d) 1D-SAXS 曲線和 (e) 一維電子密度函數(shù)曲線。

  從DSC非等溫結(jié)晶曲線上得知，極少量MWCNTs的加入極大地提高了起始結(jié)晶溫度和最大結(jié)晶峰溫度。同時(shí)，DSC熔融曲線上在170 ^oC左右均出現(xiàn)了一個(gè)代表shish結(jié)構(gòu)熔融的小肩峰，該肩峰強(qiáng)度隨著MWCNTs含量的增加而增大。此外，MWCNTs的加入明顯地提高了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。

圖3 微注射制品的(a) 非等溫結(jié)晶曲線, (b) DSC熔融曲線, (c) 結(jié)晶參數(shù)和(d) 從TGA曲線中得到的熱穩(wěn)定性參數(shù)。

  從拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，MWCNTs的加入使得微注射樣品的拉伸強(qiáng)度有所減小，但是該減小趨勢(shì)不隨MWCNTs含量的增加而增大。此外，隨著MWCTNs含量的增加，樣品的模量逐漸增大。這一工作為獲取較高熱-機(jī)械性能聚合物/MWCNTs復(fù)合材料制品提供了一種簡(jiǎn)單可行的制備方法。

圖4 微注射制品的(a)應(yīng)力-應(yīng)變曲線, (b)拉伸性能結(jié)果參數(shù), 文獻(xiàn)中報(bào)道的微注射樣品的(c)拉伸強(qiáng)度和(d)模量結(jié)果。

  中原工學(xué)院劉忠柱博士是該論文的第一作者，中原工學(xué)院米立偉教授和鄭州大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程研究中心劉憲虎副教授共為通訊作者。論文工作還得到了鄭州大學(xué)劉春太教授、李倩教授和鄭國(guó)強(qiáng)教授的指導(dǎo)與幫助。上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)科學(xué)基金的資助。

  論文信息：Zhongzhu Liu, Lele Li, Guoqiang Zheng, Chuntai Liu, Liwei Mi*, Qian Li, Xianhu Liu*, Effect of small amount of multi-walled carbon nanotubes on crystallization and thermal-mechanical properties of overflow microinjection molded isotactic polypropylene, Composites Communications 21 (2020) 100381. 

  https://doi.org/10.1016/j.coco.2020.100381