廢舊聚烯烴纖維復合材料的改性研究

塑料工業(yè)第36卷第8期14CHINA PLASTICS INDUSTRY008年8月樹(shù)脂改性廢舊聚烯烴纖維復合材料的改性研究與合金范勇,鄔素華(天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院,天津300457)摘要:采用熔融共混的方法將納米CaCO3母粒加入到廢舊聚烯烴纖維復合材料中進(jìn)行改性,研究了改性后復合材料的力學(xué)性能、流變性能、維卡軟化點(diǎn)等。結果發(fā)現,納米CaCO3母粒的加入,使復合材料的韌性和強度有所提高,并具有良好的耐熱性,而且可降低成本但用量以10%-20%為宜;差式掃描量熱分析表明納米CaCO3母?？梢蕴岣呔巯N的結晶度。關(guān)鍵詞:廢舊聚烯烴纖維復合材料;填充改性;力學(xué)性能;流變性能;維卡軟化點(diǎn)中圖分類(lèi)號:TQ325.1文獻標識碼:B文章編號:1005-5770(20808-0014-03Study on Modification of Waste Polyolefin Fiber Composite MaterialFAN Yong, wU Su-hua(School of Material Sci. and Chemical Eng, Tianjin University of Sci. Tech, Tianiin 300457, China)Abstract: Waste polyolefin fiber composite material was modified by means of melt blending with nano-CaCOparticles, and the mechanical properties, rheological properties and Vicat softening temperature of the modifiedmaterial were studied. The results showed the addition of the nano-CaCO, particle improved the toughness andgth of the material, and the thermal stability of the material did not change, moreover, the cost of the materi-al was reduced, but the content of the nano-CaCO, particle was better to be 10%-20%, otherwise its performance would downgrade; the result of DSC indicated the crystalline degree of polyolefin was increased by the addingof nano-CaCO3 particleKeWaste Polyolefin Fiber Composite Material; Filling Modification; Mechanical PropertiesRheological Properties; Vicat Softening Temperature近十年來(lái),隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展,我國聚合物如PE、驗以生產(chǎn)尿不濕過(guò)程中所剪裁下來(lái)的邊角廢料為原料PP、PS和PC等的產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)了鋼材的產(chǎn)量。廢(其中紙的成分已經(jīng)被沉降,其余的成分主要是聚丙舊塑料以每年25%的速度增長(cháng)。由于大多數廢舊塑烯,還有小部分聚乙烯等其他烯烴和復合纖維),通料是不可降解的,堆放容易造成污染環(huán)境、滋養病過(guò)加入納米CaCO3母粒進(jìn)行改性處理,研究了其力學(xué)菌、引發(fā)火災并浪費能源,因此對廢舊塑料進(jìn)行回收及熱力學(xué)性能,以達到再利用的目的再利用尤為重要叫。目前廢舊塑料的處理方法有很多1實(shí)驗部分種,其中焚燒是最簡(jiǎn)單的方法,但是廢舊塑料燃燒時(shí)1.1原料會(huì )產(chǎn)生大量的CO2、HC等有毒物質(zhì),會(huì )造成二次污廢舊聚烯烴纖維復合材料:天津金威商貿有限公染;如果采用掩埋法處理,需占用大量土地,人口密司;聚丙烯(P):粉料,河北中捷精細化工有限公集的國家難以承受2。由于塑料因長(cháng)時(shí)間使用,高分司;低摩爾質(zhì)量聚乙烯(E蠟):IPE3,北京化工子鏈結構受光、氧等作用會(huì )發(fā)生一定程度的老化,從學(xué)院精細化工廠(chǎng);納米活性CaCO3:2A,上海卓越納而發(fā)生降解而導致其性能?chē)乐叵陆?所以直接再利用米新材料股份有限公司。難以滿(mǎn)足使用要求。因此,尋找一個(gè)合理有效的改性12主要儀器和設備回收廢舊塑料的方法是當前最主要的課題?，F今,人雙螺桿擠出機:30組裝排氣,河北省文安縣化們已做了大量的通過(guò)共混、填充改性高分子聚合物的工機中國煤化工注塑機:JPH50兩板研究,如采用剛性無(wú)機粒子、納米粒子改性等。本實(shí)式,CNMHG支梁沖擊試驗機:作者簡(jiǎn)介:范勇,男,1983年生,碩士研究生,研究方向為高分子合金高性能化。 fanyong_ weiyi@l63第36卷第8期范勇等:廢舊聚烯烴纖維復合材料的改性研究SE-2,上?？茖W(xué)儀器修造廠(chǎng);微機控制電子萬(wàn)能試驗顯變大。說(shuō)明了CaCO3母粒的加入能促使PP異相成機:RCT5,英國勞埃德有限公司;差示掃描量熱核,大大提高了結晶度。儀:DSC-141,法國塞特拉母公司;熔體流動(dòng)速率儀:2.2納米CaCO3母粒用量對復合材料力學(xué)性能的影PXRZ40C,吉林大學(xué)儀器制造廠(chǎng);微機控制熱變響形維卡軟化試驗機:zWK13202,深圳市新三思材料檢測有限公司。1.3納米CaCO3母粒以及樣品的制備將26份(質(zhì)量份,下同)聚丙烯、70份納米活性CaOO3、3份蠟和1份硬酯酸分別加到雙螺桿擠出機中,共混后擠出造粒,即得納米CaCO2母粒。將聚烯烴纖維復合材料和納米CaCO3母粒在雙螺桿擠出機中擠出造粒,注塑成樣條后進(jìn)行性能測試。caCO填充母粒質(zhì)量分數/%14性能測試拉仲性能:按GB/T1040-1992進(jìn)行測試,樣條選用Ⅱ型試樣,拉伸速度為50mm/min;缺口沖擊強度:按GB/T1043-19079(1993)進(jìn)行測試;彎曲強度:按CBT1042-1979(9341-2000)進(jìn)行測試,試驗速度30mm/min差示掃描量熱(DSC)分析:升溫速率25℃/2501520min,測試溫度50~300℃。caCO填充母粒質(zhì)量分數/%維卡軟化點(diǎn):按CB/T1633-2000進(jìn)行測試。圖2納米caCO3母粒用量對復合材料力學(xué)性能的影響2結果與討論Fig 2 Effect of nano-CaCo, particle content on mechanical21共混體系的DSC分析properties of WPFCM圖2是納米CaCO3母粒用量對改性后廢舊聚烯烴纖維復合材料力學(xué)性能的影響。從圖2可以看出,納米CaCO3母粒的加入使廢舊聚烯烴纖維復合材料的拉伸強度略有降低,但影響不大;斷裂伸長(cháng)率隨著(zhù)CaCO3母粒用量的增加而先上升后下降,且在CaCO3母粒質(zhì)量分數為10%~15%達到一個(gè)峰值;而對于溫度℃彎曲強度來(lái)說(shuō),呈明顯的上升趨勢;在相同條件下,沖擊強度與斷裂伸長(cháng)率的變化趨勢相同,隨CaCO3母圖1不同共混體系的DSC曲線(xiàn)粒用量的增加先升后降,并在CaCO2母粒質(zhì)量分數為ig 1 DSC curves of different blending systems of WPFCMnano-CacO, par15%時(shí)達最大值。這主要是由于納米CaCO3母粒的加m(廢舊聚烯烴纖維復合材料)m(納米CaCO3母粒):入使共混體系的結晶度增加,從而使其彎曲強度有所a-95/5;b-85/15;c-75/25增加;當受沖擊外力時(shí)CaCO3會(huì )使共混體系產(chǎn)生更多圖1是不同廢舊聚烯烴纖維復合材料/納米CaCO的微裂紋,耗散更多的沖擊能,同時(shí)可以阻止和鈍化母粒共混體系的DSC曲線(xiàn)。從圖1可分析出,廢舊裂紋的進(jìn)一步擴展;CaCO3還可促使基體在斷裂過(guò)程聚烯烴纖維復合材料的主要成分是PP。P有3種結中發(fā)生剪切屈服,吸收大量塑性形變能4,從而達到晶形態(tài):a、、y晶型。其中a晶型最為常見(jiàn)也最增初的但隨蕓Cm田懸的增加,分散在基體穩定,晶型B是熱力學(xué)上準穩定、動(dòng)力學(xué)上不易生中中國煤化工展為宏觀(guān)開(kāi)裂,體系成的晶型3。在從圖1可看出,在165℃附近出現一的CNMHG考慮,caCO2母粒用個(gè)典型的a晶熔融峰,但是隨著(zhù)CaCO3母粒用量增量以質(zhì)量分數為10%-20%為宜加,其熔融溫度沒(méi)有較大影響,但是熔融峰面積卻明23納米CaO3母粒用量對復合材料流變性能和耐16塑料工業(yè)2008年熱性能的影響樣的變形而導致軟化溫度下降。由此可見(jiàn),納米表1納米CaCO3母粒用量對復合材料MFR和維卡軟化CaCO3母粒的加入使共混體系的耐熱性有所下降,但溫度的影響下降程度不大。Tab 1 Efect of nano-CaCO particle content on MFR and3結論Vicat softening temperature of WPFCM納米aCO母粒的加入可以提高廢舊聚烯烴纖維納米cκCO母粒質(zhì)量分數/%MFR/g-(I0m)-1維卜軟化溫度/℃復合材料的結晶度,從而使其力學(xué)性能有所提高。納127.50米CaCO3母粒用量一般以質(zhì)量分數為10%~20%為7.91宜。納米CaCO母粒的加入可以提高復合材料的流動(dòng)05010.68127,15,010性,從而易于加工。納米CaCO3母粒的加入使復合材11.04126.15料的耐熱性能略有下降,但影響不大。參考文獻表1是納米GaCO母粒用量對熔體質(zhì)量流動(dòng)速犂1]付曉婷,何周坤,丁明明,等.廢舊塑料的回收和增值利用[J.塑料工業(yè),200,35(9):4-6(MFR)和維卡軟化溫度的影響。由表1可以看出[2]趙志超,楊振平,周昕.廢舊塑料回收利用的途徑[J]在相同條件下,廢舊聚烯烴纖維復合材料中加入納米聚氯乙烯,1998,20(1):51-52caCO3母粒的量越多,其MFR越大,流動(dòng)性越好。[3]馬傳國,容睿智,章明秋.納米碳酸鈣及其表面處理對這主要是由母粒的性質(zhì)決定的,母粒中主要成分為納等規聚丙烯結晶行為的影響[J].高分子學(xué)報,2003米CaCO3,當填充材料的粒子尺寸小到一定程度時(shí),(3):381-386各種性能都會(huì )有所提高,而且母粒中的各種潤滑劑都4金日光,華幼卿.高分子物理[M].第二版,北京:化是小分子,使得聚合物與加工設備間的摩擦小,因此學(xué)工業(yè)出版社,2000流動(dòng)性變好。[5]錢(qián)海燕,葉旭初,張少明.重質(zhì)碳酸鈣表面改性研究[J].非金屬礦,2001,24(4):36-37納米CaCO3母粒的加入使復合材料的維卡軟化溫[7]錢(qián)伯章.廢舊塑料回收利用技術(shù)進(jìn)展[門(mén)].橡塑資源利度略有下降。其主要原因可能是由于納米CaCO3母粒中含有許多分散劑和潤滑劑,隨著(zhù)母粒用量的增加,[8]孫可偉,李如燕.廢棄物復合成材技術(shù)[M.北京:化使廢舊聚烯烴纖維復合材料在升溫過(guò)程中,分子鏈上學(xué)工業(yè)出版社,2006鏈段的活動(dòng)性逐漸增強,并在負荷的作用下,產(chǎn)生較[9]劉均科.塑料廢棄物的回收與利用技術(shù)[M].北京:中強的運動(dòng),使整個(gè)分子鏈產(chǎn)生滑移,從而易于引起試國石化出版社,2001(本文于2008-05-28收到)(上接第7頁(yè))2002,23:81-87Radiat Phys Chem, 1995, 46(2): 203-206[9] GIOANNIS B D, JESTIN P, SUBRA P. 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