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●14.CHINA PLASITICS INDUSTRY2008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母粒加人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;差式掃描址熱分析表明納米CaCO3母?？梢蕴岣甙赶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 (2008) 08- 0014-03Study on Modification of Waste Polyolefin Fiber Composite MaterialFAN Yong，WU Su-hua(School of Malerial Sei. and Chemical Eng，Tanjin Univrsity of Sei. & Tech. , Tianjin 300457, China)Abstract: Waste polyolefin fiber composite material was modifed by means of melt blending with nano-CaCO3.particles, and the mechanical properties, rheological properties and Vicat softening temperature of the modifiedmaterial were studied. The results showed the addition of the nano-CaCO3 particle improved the toughness andstrength of the material, and the themmal stability of the material did not change, moreover, the cost of the materi-al was reduced, but the conlent of the nano-CaCO3 particle was better to be 10% ~ 20%，otherwise is perfor-mance would downgrade; the result of DSC indicated the cytalline degree of polyolef'n was increased by the addingof nano-CaCO3 particle.Keywords: Waste Polyolefin Fiber Composite Material; Filling Modification; Mechanical Properties;Rheological Properties; Vicat Softening Tempeature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PVC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)加人納米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。再利用尤為重要川。目前廢I口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、HCI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(PP): 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(PE蠟): IPE-3, 北京化工子鏈結構受光、氧等作用會(huì )發(fā)生- -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，尋找一一個(gè)合理有效的改性1.2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械廠(chǎng);液壓四缸直鎖兩板式注塑機: JPHSO 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，廣東泓利機器有限公司;簡(jiǎn)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_ weinj@ 163. com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15SE-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: RCT-5, 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μPXRZ40OC,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: ZWK1320-2, 深圳市新三思材料300檢測有限公司。400 x1.3納米CaCO3母粒以及樣品的制備是2將26份(質(zhì)量份，下同)聚丙烯、70份納米活00性CaCO3、3份PE蠟和1份硬酯酸分別加到雙螺桿擠22-200出機中，共混后擠出造粒，即得納米CaCO3母粒。將聚烯烴纖維復合材料和納米CaCO3母粒在雙螺20 3101520250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)分數/%1.4 性能測試拉伸性能:按CB/T 1040- -1992 進(jìn)行測試，樣條選用I型試樣，拉伸速度為50mm/min;缺口沖擊強度:按GB/T 1043- 1979 (1993) 進(jìn)行測試;彎曲強35 ;度:按GB/T 1042- -1979 (9341- -2000)進(jìn)行測試，試驗速度30 mn/min。差示掃描量熱(DSC) 分析:升溫速率259C/25 51015202min,測試溫度50 ~ 300 C。維卡軟化點(diǎn):按CB/T 1633- 2000進(jìn)行測試。圖2納米CaCO,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 Efct of nano-CaCO3 particle content on mechanical2.1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;而對于灩度C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CaCO3母粒質(zhì)量分數為Fig 1 DSC curves of diferent blending sytems of WPFCM15%時(shí)達最大值。這主要是由于納米CaCO,母粒的加nano-CaCO3 particlem(廢舊聚烯烴纖維復合材料)/ m(納米GaCO母粒):人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; e-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CaCO3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。PP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、B、γ晶型。其中a晶型最為常見(jiàn)也最增韌的目的。但隨著(zhù)CaCO3用量的增加，分散在基體穩定，晶型β是熱力學(xué)上準穩定、動(dòng)力學(xué)上不易生中的粒子易于團聚，微裂紋易發(fā)展為宏觀(guān)開(kāi)裂，體系成的晶型3。在從圖1可看出，在165 C附近出現一的沖擊性能變差[5)。故從最優(yōu)化考慮，CaCO3 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2.3納米CaCO3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CaCO母粒的加入使共混體系的耐熱性有所下降，溫度的影響下降程度不大。Tab 1 Efet of nano-CaCO2 particle content on MFR and結論Vicat sftening temperature of WPFCM納米CaCO3母粒的加人可以提高廢舊聚烯烴纖維納米CacCO3母粒質(zhì)量分數/% MFR/g*(10min)-' 維 卡軟化溫度/C復合材料的結晶度，從而使其力學(xué)性能有所提高。納8.30127.50米CaCO3母粒用量一般以質(zhì)量分數為10% ~ 20%為7.91126.35宜。納米CaCO3母粒的加入可以提高復合材料的流動(dòng)1010.68127.15性，從而易于加工。納米CaCO3母粒的加入使復合材1511.02126.102011.04126.15料的耐熱性能略有下降，但影響不大。11.28124.95參考文獻表1是納米CaCO3母粒用量對熔體質(zhì)量流動(dòng)速率[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)，2007, 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): 51-52.CaCO3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，商分子物理[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.[s]錢(qián)海燕，葉旭初，張少明.重質(zhì)碳酸鈣表面改性研究流動(dòng)性變好。[J].非金屬礦，2001, 24 (4): 36-37.納米CaCO3母粒的加人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[J]. 橡塑資源利度略有下降。其主要原因可能是由于納米CaCO2母粒用，2007 <2): 12-39.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: 81-87.Radiat Phys Chem, 1995， 46 (2): 203-206.[9] GI0ANNIS B D, JESTIN P, SUBRA P. 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