竹粉/云母/聚丙烯复合材料的制备及其性能研究

来源 :东北石油大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:wenrou1323
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聚丙烯(PP)具有密度小、价格低、易加工等优点,应用领域广泛,但其低温脆性大、耐候性不佳和难降解等缺点限制了它的使用范围。因此,为改善PP的综合性能,对PP进行填充改性成为PP复合材料的研究热点。与无机填料相比,天然植物纤维因具有质量轻、价格低、可降解再生等优点,受到新型复合材料研究领域的高度重视。其中,竹粉(BF)作为一种生长周期较短、可塑性较好的天然植物纤维,有望成为替代木材的有机填料。同时,云母(Mica)作为一种常见的硅氧四面体片层结构的无机填料,具有化学稳定性较高和耐候性较强等优点。故向竹粉/PP复合材料中添加少量云母,可有效改善竹粉/PP复合材料的韧性。本文研究了改性竹粉和改性云母的制备及性能,主要目的是将两者共同填充PP基体,通过熔融挤出制备性能优异的竹粉/云母/聚丙烯复合材料,并系统地研究了材料性能与结构的关系。具体内容如下:采用2 wt%NaOH对竹粉进行表面处理,其表面由光滑变粗糙,骨架结构完整,热稳定性升高。再采用硅烷偶联剂对碱处理竹粉进行二次改性,当硅烷偶联剂KH550、KH560和KH570的用量分别为3%、6%和7%时,改性竹粉的活化指数最大,极性最低。当改性竹粉(BF2-55、BF2-56或BF2-57)的添加量为35%时,竹粉/PP复合材料的力学性能均达到最大,拉伸强度和弯曲强度分别为39.4342.5 MPa和58.360.0 MPa,与纯PP相比分别提升了11.520.2%和41.245.3%;但冲击强度提升有限,为5.16.1 kJ.m-2。其中,将硅烷偶联剂KH550进行二次改性的竹粉(BF2-55)填充到PP中,所制备的复合材料(PP/BF2-55)的力学性能最佳。加入改性竹粉使得PP的晶格尺寸发生细化,提升了复合材料的结晶度,其中PP/BF2-55的结晶度最高,较纯PP提升13.06%。复合材料的耐温性能均有所提升,其中PP/BF2-55的维卡软化点最高,较纯PP提升了8.7℃。所制备的复合材料完全符合木塑行业吸水率的标准要求,具有较好的防水性能。对云母进行热化、酸化、钠化处理后,再用十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)对云母进行插层处理,当插层处理的反应温度和时间分别为80℃、24 h时,云母的分散体积最大,极性最低。插层改性后的云母片层变厚,表面略有粗糙,多数DTAC存在于云母层间而少数存在于云母表面。将35%改性竹粉和5%改性云母共同填充PP制备竹粉/云母/PP复合材料(PP/BF2-55/MC3),其冲击强度较竹粉/PP复合材料(PP/BF2-55)有明显改善。PP/BF2-55/MC3的拉伸强度、弯曲强度及冲击强度分别为43.98 MPa、68.33 MPa及10.70 kJ.m-2,较纯PP分别提升24.7%、65.4%及162.3%。PP/BF2-55/MC3的维卡软化点较纯PP提高10.1℃。插层云母的加入还有利于增强PP基体的结晶作用,PP/BF2-55/MC3复合材料的结晶温度Tp较纯PP升高2.1℃,过冷度ΔT较纯PP减小3.9℃。
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