Page 33 - 《橡塑技术与装备》2018年16期（8月下半月 塑料版）

研究与开发 蔺文峰·纳米 CaCO 3 /PU 弹性体复合材料力学性能研究

式中 ： ΔG 为单位时间和单位面积上的冲蚀磨损
重量 ； ρ 为材料的密度。
根据复合材料的物理性能符合准则，复合材料的
密度可按混合率计算 ：

ρ=V ρ ×ρ ρ +(1-V ρ )×ρ m
式中 ： ρ 为复合材料的平均密度 ； ρ ρ 为填料的实
际密度 ； ρ m 为 PU 弹性体基体的实际密度 ； V ρ 为复合
材料的实际颗粒体积分数。
为了最大程度上排除不可控制的外在因素 ( 如浆
料温度等 ) 对磨损结果的影响，使得结果更为可靠， 图 3 纳米 CaCO 3 含量对复合材料拉伸强度的影响
复合材料的耐冲蚀磨损性能最终以相对耐磨性来表示：
ΔV C
β=
ΔV ρ
式中 ： β 为相对耐磨性 ； ΔV C 为对比试样的体积
磨损量 ；ΔV ρ 为试样的体积磨损量 ；对比试样为纯
PU 弹性体。

2 实验结果与讨论
2.1 纳米 CaCO 3 /PU 弹性体复合材料的力学
性能
图 4 纳米 CaCO 3 含量对复合材料断裂伸长率的影响
2.1.1 纳米 CaCO 3 含量对复合材料力学性
能的影响
从图 3 和图 4 中可以看出 ：随着纳米 CaCO 3 质
量分数的增大，纳米 CaCO 3 /PU 弹性体复合材料的
拉伸强度以及断裂伸长率呈现先升高后降低，当纳米
CaCO 3 质量分数为 1% 时达到最佳值。这是由于纳米
CaCO 3 质量分数增大后，纳米 CaCO 3 粒子的比表面
积大幅增加，与 PU 弹性体基体结合能力变大。在外
力作用下，纳米 CaCO 3 粒子吸收的能量将会增多，从
而提高了纳米 CaCO 3 /PU 弹性体复合材料相应的力学
性能。但当纳米 CaCO 3 粒子的质量分数达到某一临界
值时，纳米 CaCO 3 /PU 弹性体复合材料的力学性能就 图 5 纳米 CaCO 3 含量对复合材料硬度的影响
会随着纳米 CaCO 3 质量分数的增大而下降。这是由
子与 PU 弹性体基体构成的复合材料，其硬度特性必
于随着纳米 CaCO 3 粒子的加入而引起的复合材料应
受各组元 ( 纳米 CaCO 3 粒子与 PU 弹性体 ) 硬度性能
力集中，并且 CaCO 3 颗粒的增多导致 PU 弹性体基体
的影响，而且这种影响符合复合材料的叠加法则。一
的减少，影响 PU 弹性体基体的塑性，从而导致纳米
般而言，如果增韧粒子具有较高的强度，且基体材料
CaCO 3 /PU 弹性体复合材料的力学性能降低。
的硬度较小时，随着其质量分数的增加，必然会使复
含量对复合材料硬度的
2.1.2 纳米 CaCO 3
合材料的硬度增加。纳米 CaCO 3 /PU 弹性体复合材料
影响
的硬度特性即满足这一规律。又由于基体树脂材料中
由图 5 看出，当纳米 CaCO 3 质量分数为 1% 时，
引入了纳米 CaCO 3 粒子，改变了 PU 弹性体基体的凝
纳米 CaCO 3 /PU 弹性体复合材料的邵氏硬度达到最大
固过程，细化了 PU 弹性体微观结构，同时在复合材
值，而后就下降。这是由于纳米 CaCO 3 增强增韧粒
料内部产生了众多纳米 CaCO 3 颗粒与 PU 弹性体基体
年
2018 第 44 卷 ·17·