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聚丙烯/多层塑料复合板固体废弃物复合材料的结构与性能

作　者: 曾一铮
导　师: 游长江
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料学
关键词: 聚丙烯 多层塑料复合板废料 蒙脱土 增容剂 复合材料
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 147次
引　用: 2次
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内容摘要


多层塑料复合板是将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)通过先进的压延设备共挤成型后喷上不饱和聚酯和玻璃纤维形成的复合材料。它具有表面光洁度高、硬度高、抗冲击强度大、耐老化、抗弯强度大等优点。但是由于该制品中不但包含热塑性树脂,而且也包含已经固化的不溶不熔的热固性树脂,所以生产过程中以及使用后所产生的固体废弃物回收困难。传统的掩埋和燃烧方法不符合社会可持续发展的要求,因此有必要探索一种新的回收方法。为了解决多层塑料复合板废料(WGFRP)的回收问题,本研究采用硅烷偶联剂、增容剂、改性蒙脱土对WGFRP进行改性后,加入到聚丙烯(PP)中,通过熔融共混制备PP复合材料,研究了复合材料的制备工艺,找出了复合材料的最佳组分比例,探讨了复合材料的微观结构和增韧增强机理,获得了力学性能较好、热稳定性较高的PP复合材料。论文的研究内容和主要成果如下:(1)采用硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570处理WGFRP,并与增容剂PP-g-MAH并用后,加入到PP基体中,制备了PP/WGFRP/PP-g-MAH复合材料。研究了WGFRP的目数和用量、硅烷偶联剂的种类、增容剂的用量等因素对PP复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弯曲模量的影响;采用差示扫描量热(DSC)研究了PP复合材料的结晶;用热重分析(TGA)研究了PP复合材料的热稳定性;通过扫描电子显微镜(SEM)观察了PP复合材料的形态。研究结果表明:当用1%硅烷偶联剂KH570处理的WGFRP(100目)为20份,相容剂PP-g-MAH为2份时,复合材料的冲击强度为7.66 kJ/m2(比未加入相容剂的复合材料提高约25%,比空白PP提高约113%),拉伸强度为29.37 MPa(比空白PP下降约11%)。SEM观察结果表明,PP/WGFRP/PP-g-MAH复合材料在断裂过程中发生塑性变形,其韧性较好。DSC结果表明,WGFRP的加入降低了聚丙烯的结晶度,但没有改变PP的结晶形态。TGA的观察结果表明,WGFRP的加入提高了聚丙烯的热稳定性,并随着其用量的增加而提高,且WGFRP的目数对PP/WGFRP复合材料的热稳定性有影响,随着目数的增大,复合材料的热稳定性提高。(2)采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和硅烷偶联剂KH550对蒙脱土进行改性,制备了双改性蒙脱土( OMMT-3 ) ,研究了OMMT-3的用量对PP/WGFRP/PP-g-MAH/OMMT-3复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度、弯曲模量的影响;用X射线衍射分析(XRD)了改性蒙脱土及其复合材料的结构;用TGA研究了蒙脱土改性的PP/WGFRP/PP-g-MAH/OMMT复合材料的热稳定性;采用扫描电子显微镜( SEM )和透射电子显微镜( TEM )观察了含改性蒙脱土的PP/WGFRP/PP-g-MAH/OMMT复合材料的形态。结果表明,当PP、WGFRP、PP-g-MAH和OMMT-3的比例为100∶20∶2∶5时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量达到最大值,分别为34.22 MPa、46.88 MPa和1650.22 MPa,比不加OMMT-3的样品分别提高了16.5%、7.1%和28.5%,冲击强度为7.94 kJ/ m2,与原土相比变化不大,其中双改性蒙脱土对PP/WGFRP/PP-g-MAH的增韧增强效果最好。XRD结果表明,经KH550改性的蒙脱土的层间距为1.55 nm,与原土相比没有大的变化;CTAB改性的OMMT-1层间距由原土的1.54 nm增加到2.41 nm,增加了0.87 nm;而经CTAB与KH550双改性的OMMT-3在2θ= 3.68 ~ 4.52°间形成较宽的衍射峰,相应的层间距为1.96 ~ 2.40 nm。含双改性蒙脱土( OMMT-3 )的PP/WGFRP/PP-g-MAH/OMMT-3复合材料的衍射峰几乎消失,在2θ=2.3 ~ 3.3°处有一较宽的微弱衍射峰。衍射峰的消失通常与在聚合物基体中的蒙脱土纳米片层完全剥离有关,形成纳米剥离结构。较宽的微弱衍射峰说明部分插层结构未被剥离。TGA结果表明,OMMT-3的加入,使复合材料的热稳定性有较大的提高。SEM照片揭示,OMMT-3的加入使复合材料的断面变得比较粗糙,形成花瓣状,当OMMT-3用量超过5份后会出现团聚现象。TEM和XRD的结果显示,PP/PP-g-MAH/OMMT-3(100/20/2/5)复合材料属于插层结构与剥离结构共存的纳米复合材料。

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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