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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)運而生。然而，聚合物制品的微觀結(jié)構(gòu)對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）在提高制品力學性能方面有重要影響。相對于常規(guī)注射成型而言，微注射成型薄壁制件由于注塑過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)，最終制品的力學性能得以提高。

  鄭州大學劉憲虎副教授和中原工學院米立偉教授團隊利用具有溢流槽的模具通過微注射成型技術(shù)制得了熱-機械性能優(yōu)異的等規(guī)聚丙烯（iPP）/多壁碳納米管（MWCNTs）復合材料薄壁制品。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，他們首先通過溶液法制備iPP和MWCNTs的母料，然后再通過熔融共混法對其進行稀釋得到了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復合制品制備過程示意圖, (b) 不同含量MWCNTs在iPP基體中的分散狀態(tài)。

  實驗結(jié)果表明微注射成型iPP/MWCNTs復合制品內(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，能夠誘導形成較多數(shù)量的成核點，從而使iPP晶粒得以細化。

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，DSC熔融曲線上在170 ^oC左右均出現(xiàn)了一個代表shish結(jié)構(gòu)熔融的小肩峰，該肩峰強度隨著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)。

  從拉伸實驗結(jié)果中可以看出，MWCNTs的加入使得微注射樣品的拉伸強度有所減小，但是該減小趨勢不隨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-機械性能聚合物/MWCNTs復合材料制品提供了一種簡單可行的制備方法。

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), 文獻中報道的微注射樣品的(c)拉伸強度和(d)模量結(jié)果。

  中原工學院劉忠柱博士是該論文的第一作者，中原工學院米立偉教授和鄭州大學橡塑模具國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劉春太教授、李倩教授和鄭國強教授的指導與幫助。上述研究工作得到了國家自然科學科學基金的資助。

  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