基于滤板应用的聚丙烯复合材料研究

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随着科技发展和社会进步,压滤机过滤被越来越广泛地应用于环保、化工、冶金、煤炭、食品、医药等众多领域。板框式滤板是压滤机的核心过滤元件和耗材,现在主要采用来源广泛、价格低廉的聚丙烯(PP)作基材的复合材料制造。PP作为滤板材料在力学性能、尺寸稳定性和耐化学性方面还存在明显不足,致使在滤板制造和使用过程中易出现翘曲变形、溶胀、应力开裂等问题,给实际生产带来严重困扰和较大损失。而关于压滤机滤板材料的应用研究较少,业界对滤板用PP复合材料体系更缺少系统研究,行业生产受到一定影响和制约。本文贴近相关企业生产实际,围绕滤板用PP复合材料体系展开研究。本文选择均聚聚丙烯(PP-H)、嵌段共聚聚丙烯(PP-B)、PP-H和PP-B混合物作为基体,玻璃纤维(GF)作为增强材料,33μm、10μm、6μm粒径的碳酸钙(CaCO3)作为填充材料,β成核剂作为增韧改性助剂,通过熔融共混挤出和注塑方法制备了滤板用PP复合材料,分别研究了GF、CaCO3、β成核剂对PP的力学性能和结晶行为的影响。并采用单因素优选法、正交试验设计对滤板用PP复合材料的配方进行优化,预期在控制生产成本的前提下,有效提升滤板性能。研究得到的主要结论如下:(1)GF能够提高PP的拉伸强度和拉伸模量,但降低了断裂伸长率;GF能够提高PP-H的冲击强度,但会降低PP-B的冲击强度。添加少量GF可以促进PP结晶,尤其对PP-H作用较为明显。添加GF能够改善PP的耐溶剂性,PP滤板中GF含量应不低于8%。(2)填充CaCO3有助于提高PP的拉伸模量,填充量越多,PP的拉伸模量越高。添加较粗粒径CaCO3使PP的拉伸强度和冲击韧性降低。低填充量情况下,添加较细粒径CaCO3使PP-H、PP-H和PP-B等比例混合基体的强度提升、韧性增强。CaCO3的加入对PP结晶起异相成核作用,对PP-B有更强的诱导结晶能力。较细粒径CaCO3使PP的结晶峰值温度向更高温度移动,说明较细粒径CaCO3更利于PP结晶。(3)随着β成核剂含量增加,PP的拉伸强度和拉伸模量呈先下降后上升的趋势,断裂伸长率和冲击强度呈先上升后下降的趋势。当β成核剂含量为0.05%时,PP-H的冲击强度增至未改性PP-H的4倍,此时拉伸强度和拉伸模量损失较小,力学性能最佳。β成核剂具有高效诱导生成β晶的能力,少量β成核剂的加入可使PP的结晶温度明显提升,熔融曲线出现双峰,β晶的相对含量接近峰值,继续增加β成核剂含量对其影响较小。β成核剂能够大幅提升PP-H的热变形温度,当β成核剂含量为0.5%时,改性PP-H热变形温度较未改性PP-H提升约40℃,此时β成核剂增韧效果差。(4)当GF、PP-H、PP-B、33μm CaCO3的质量分数分别为20%、32%、32%、16%,β成核剂为PP总量的0.05%时,复合材料综合力学性能最佳。
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