聚丙烯复合材料性能测试和分析10000字

目录聚丙烯复合材料性能测试和分析 1 1(1)聚丙烯的光引发接枝反应 1(2)麻纤维/聚丙烯复合材料的制备 2(3)麻纤维/聚丙烯复合材料的性能分析 2 2 21.2课题的来源与选题依据 21.2.4(1)紫外光简介及应用 61.3实验的影响因素 61.4课题的理论依据 61.5课题的国内研究现状 71.6课题的意义和目的 8第二章实验部分 82.1实验原材料 82.2实验仪器 82.3实验内容 9 113.1接枝前后的红外光谱对比分析 3.2界面剂含量对复合材料力学性能的影响 3.3界面剂对复合材料结晶行为的影响 3.4界面剂对复合材料维卡软化温度的影响 3.5界面剂对复合材料吸水性能的影响 结论与展望 聚丙烯是一种应用广泛的大品种通用塑料，传统聚丙烯复合材料通常以无机粉体、碳纤维和玻璃纤维等为增强体，而天然植物纤维增强聚丙烯复合材料以植物纤维为增强体，这为聚丙烯复合材料的应用开辟了新的途径。天然植物纤维具有来源丰富、价格低廉、可再生、可降解等优点6,但存在性能不均一、易吸湿以及与基体树脂相容性差等缺点，在聚丙烯复合材料中的应用受到制约。本文采用紫外光辐照的方法，制备此次用以作为界面剂的聚丙烯产物，再以麻纤维为增强相，聚丙烯(PP)塑料为热塑性聚合物基体，制备麻纤维/聚丙烯复合材料的性能测试和分析。将一定剂量的光引发剂占吨酮溶于少量乙醇，再将一定量的KH570、PP倒入烧杯，用玻璃棒搅拌均匀。然后再将其全部置入大反应器中，使用真空泵对其反应器置入恒温水浴锅，并将温度设定为60℃。最后将大反应器及水浴锅一并置入紫外线固化箱中，并以400W的功率和进行2h的照射。(2)麻纤维/聚丙烯复合材料的制备分别称取定量的麻纤维、粒状PP界面剂、粉状PP界面剂和粒状PP基体(保证每份样品的质量总和为30g),并将其均匀混合，平均分次置入转矩流变仪，(3)麻纤维/聚丙烯复合材料的性能分析麻纤维/聚丙烯复合材料的力学性能，增加了基体结晶温度时的粘度，从而提高第一章文献综述1.1引言和研究的热点之一[1-3。NVF增强PP复合材料是利用天然可再生植物纤维材料，自然界中每年生长的纤维素(以NVF的形式存在)总量多达千亿吨，远热点[4-5。以NVF增强PP树脂复合材料替代木材或玻璃纤维材料是日前天然植物1.2课题的来源与选题依据聚丙烯(PolyPropylene,PP),是由丙烯聚合而制得的一种半结晶性热塑性等缺点限制了普通聚丙烯在各个领域中进一步的应用。故对聚丙烯的改性，研究聚丙烯复合材料十分必要。植物主要是由纤维细胞和其它部分杂细胞利用胞间层的物质相互连接组成的，植物纤维是指使用不同的物理、化学、生物方法去除杂细胞后剩余的纤维细胞。作为植物光合作用的产物，植物纤维是广泛存在于木本和草本植物中的一种厚壁组织，其细胞细长，两端尖锐，具有中空结构和较厚的次生壁，壁上常有单纹孔，成熟时一般没有活的原生质体，在植物体中主要起机械支撑作用，同时兼具吸收和转移水分和营养物质，抵御外部非生物胁迫和生物攻击的作用。玻璃纤维增强是指以聚丙烯为主体，玻璃纤维作为增强相，通过某种方式使它们相互混合制成的复合材料，以达到强化聚丙烯某些物理性能。通过对加入增容剂马来酸酐接枝聚丙烯(PPg-MAH)或聚丙烯接枝马来酸酐与乙烯/辛烯共聚物(PP-g-POE-MAH)的含量，挤出工艺，玻纤长度等因素的研究讨论8-91,结果表明，PP-gMAH或PP-g-POE-MAH的加入都能使玻纤维增强聚丙烯复合材料的机械性能得到显著提高；提高挤出温度可使其拉伸强度和悬臂梁缺口冲击强度均提高1.5倍左右；连续玻纤增强聚丙烯复合材料的力学性能远大于短玻纤增强聚丙烯复合材料。在石化资源匮乏的如今，对天然资源的研究利用开发环境友好型产品已成为当前世界关注的热点之一，而现在被广泛应用的聚丙烯在它众多优点的背后还有着难降解，易被氧化，不易接合等缺点。故通过物理或化学方法将NVF进行改性再与PP复合制得天然植物纤维增强聚丙烯复合材料，其性能将优于单纯的聚丙烯材料[101、沈钰程等[11以四种不同的天然纤维(蔗渣、松木、稻草、稻壳)作为增强剂，用聚丙烯作为热塑性聚合物基体，添加马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)作为偶联剂，SEBS作为增韧剂，对复合材料性能进行研究，结果表明，天然纤维增强聚丙烯复合材料的静态力学强度除抗拉强度外均有所提高，随温度提高，复合材料的储能模量降低，吸水性提高，添加MAPP和SEBS后吸水性有所下降但耐水性有所上升等。聚丙烯材料的耐热性较差，在稍高一点的温度就会影响其正常的工作。采用无机材料如陶土、炭黑、碳酸钙、石膏、云母粉、赤泥、硅灰石、硫酸钡等物质进行填充制成的复合材料可提高其耐热性，同时会对其力学性能有一定提高，大聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料是将PP-gMAH、PP和蒙脱土进行共混后熔融挤出制得，产品经检测表明其力学性能较纯PP有所提高。与此同时以硼硅酸盐质中空微球体进行填充可制得具有隔热等功能以及强度高、加工性能好的轻质复普通聚丙烯材料因其自身的缺点无法满足如今众多产品对于材料的要求，这就使聚丙烯复合材料的研究有着十分广阔的前景。有人就以六钛酸钾晶须作为填料制作复合包装材料[14],还有人以聚丙烯为主体制成塑钢纤维[15],该材料具备钢筋、钢纤维的外型、功能，同时又有合成软纤维的优点。可用来替代传统钢筋网、钢纤维，而建设成本更加经济。随着人们对PP的深入研究，更多的性能更优异的复合材料将会被制作出来，给人们带来的好处也会越来越多。植物纤维主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，三者含量为50%~95%,因材种而异，还含有少量其他组分，如表1-1所示。在纤维的所有组分中，木质素是高度支化的聚合物，木质素与半纤维素一起作为固定纤维素的基质。纤维素的基本结构为细长杆状，沿纤维长度方向排列。半纤维素具有较低的分子量，表现为塑化基质。纤维素强度大、结晶性好、稳定性好，而半纤维素为非晶态，结构随机，应力小，易水解。木质素和纤维素、半纤维素通过化学键结合成的结构称为木质素-碳水化合物复合体(LCC),影响着植物纤维的性能、结构和形态。植物纤维细胞之间的结构称为胞间层，主要由木质素、半纤维素和少量的果胶质构成，在木材木质部等木质化严重的部位，胞间层木质素含量特别高。如图1-1所示，纤维初生壁的厚度一般在0.1μm左右，主要成分为木质素、半纤维素和果胶质。次生细胞壁是纤维细胞的主体，通常分为三层(S1、S2和S3),如图1,厚度为5~10μm左右，以S2层为主体，约占细胞壁的80%,与初生细胞壁一样，次生细胞壁也由纤维素和各种半纤维素组成，但由于疏水多酚木质素的存在，次生细胞壁的含水量较低。次生细胞壁具有高轴向刚度、抗倒塌和抗爆裂能力，对纤维的形状和性能有着重要的影响。在次生细胞壁中，16个纤维素大分子通过氢键连接成微纤丝，然后微纤丝依靠木质素和半纤维素通过化学键结合形成一定的长度和厚度，微纤丝的角度随品种、成熟度、细胞壁位置和生长速度的不同而变化。与初生细胞壁相邻的是一层称为S1层，它具有大角度的横向微纤丝，S1层作为加强层，防止细胞过度的径向膨胀和旋转。中间S2层的微纤丝角(微纤丝与纤维轴的夹角)最小，纤维素含量最高，对纤维刚度有决定性作用，由于S2层的微纤丝角排列整齐，纤维在应力作用下会轻微旋转，而木质素的橡胶性质可以使这种应力能量耗散。内部S3层也有横向定向的微纤丝，在静电力的作纤维素由D-吡喃式葡萄糖基经1,4-β苷键连接而成的线性高体结构的芳香族高分子化合物，是填充在胞间层及微细纤维之间的“粘合剂”和“填充剂”。[ofligninand图1植物纤维的结构[17]植物纤维作为自然界储量最多的可持续发展资源，具有生物相容性好、可降解、可再生等优点。与传统的陶瓷、金属材料相比，植物纤维长径强度大、无磨蚀性、高电阻、可回收、可加工、隔音性能良好、成本低，在功能材料、室内装潢、建筑材料、化工、食品、服装、医药、组织工程、造纸、燃料乙醇、废水处理等领域有重要的应用价值[17,18]1.2.4紫外交联技术概述紫外光是电磁波的一种，其波长比可见光短，比X射线长，波长范围在100~400nm之间。由于其能量强于可见光，且具有一定的能量辐照效应，同时又不属于高能射线(如X射线和y射线),处理制品后不会使产品带上放射性，线电缆等绝缘材料是应用比重最大的，已经历经了40多年的历史。经辐射交联的聚氯乙烯料在短期内可以承受250℃的高温。到20世纪90年代，世界各地生产的辐射交联电线电缆的种类和规格累计已经达到1900多种[39]。具有无溶剂污染，反应快等特点[40]。紫外交联概念首次被提出是1956年G.0.3mm提高到3mm以上，其原因是二苯甲酮在受紫外光照射下，能夺取聚合物丙烯粉末紫外光接枝马来酸酐来提高PP与增强纤维的界面强度，研究了马来酸备高熔体强度聚丙烯进行了研究，通过加入光分解促进剂二苯甲酮(BP)和交1.3实验的影响因素1.4课题的理论依据在紫外光与占吨酮的作用下，会引发聚丙烯主链上产生大量的叔碳如KH570,这是有效的偶联剂。偶联剂的加入，会捕捉到自由基1.5课题的国内研究现状沈钰程1201以四种天然植物纤维(蔗渣、松木、稻草、稻壳)作为增强剂，以回收的聚丙烯(PP)塑料作为热塑性聚合物基体，添加马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)作为偶联剂，SEBS(聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯)作为增韧李正红221研究了竹纤维增强聚丙烯复合材料的可有效地缓解我国森林资源贫乏、木材供应紧缺的矛盾。其应用范围非常广泛，新技术。研究和开发植物纤维复合材料的意义主要是这类材料具有人类亲和性、第二章实验部分占吨酮市售甲醇(分析纯)天津市富宇精细化工有限公司KH570(分析纯)南京能的德新材料技术有限公司仪器名称仪器型号生产厂家紫外高压汞灯北京畅拓科技有限公司冷阱QW220/石英材质北京畅拓科技有限公司真空循环水泵巩义市予华仪器有限公司索氏抽提器沈阳市华侨玻璃仪器厂扫描电子显微镜日本日立公司E上海科创橡塑机械设备有限公司美国TA公司2.3实验内容将一定剂量的光引发剂占吨酮溶于少量乙醇，再将一定量的KH570、PP倒应器置入恒温水浴锅，并将温度设定为60℃。最后将大反应器及水浴锅一并置入紫外线固化箱中，并以400W的固定功率进行额定时间2h的照射。紫外辐照称取11份12g剪碎的麻纤维，9g、6g、4.5g、3g、1.5g、0.75g(分别对应界面剂，分别将1份麻纤维、1份界面剂和适量基体(保证每份样品的质量总和挤出造粒注射成标准试样性能测试图3复合材料制备流程图2.3.3红外测试再将聚丙烯界面剂进行干燥，然后将平板硫化仪预热到190℃,再取适量界面剂使用冲片机将不同界面剂含量的麻纤维/聚丙烯复合材料分别压出5条I型样将粉状界面剂含量为10%的麻纤维/聚丙烯复合材料切成细小颗粒巧，称取10℃的条件下加热到200℃,保温3min以消除热历史；然后在降温速率为每分钟10℃的条件下降温至20℃,保温3min;然后在升温速率为每分钟10℃的条件下加热至200℃。分别将界面剂含量为10%的和不含界面剂的复合材料制成10mm×10mm×分别将界面剂含量为10%和不含界面剂的试样进行称重，精确至0.0001g,时间间隔为24h。24h后将试样取出并再次进行称重，精确至0.0图中，红线为反应前粒状PP的红外线谱图，蓝线为接枝后粒状PP的红外线谱图。已知1728cm-¹和1261cm¹分别为酯类C=O伸缩振动和脂类C-O-C不对称振动的特征峰；1087cm-¹、800cm-¹分别是Si-O-C的伸缩振动和Si-O-C的变形振动，这4个峰为KH570的特征峰。如图所示，图中蓝线较红线分别在枝结果中4个特征峰不够明显，但相较于以前的接枝结果比较理想，决定将其用为12g)。 00实验现象：试验结束后冷颈较易拔出图中，蓝线为反应前粒状PP的红外线谱图，红线为接枝后粒状PP的红外线808.91cm-¹处多了峰。由此可以得出，本次接枝效果比较理想，可以将其用于混炼。虽然本次接枝结果中4个特征峰不够明显，但相较于以前的接枝结果比较理想，决定将其用于混炼。3.2界面剂含量对复合材料力学性能的影响本次复合材料配方中麻纤维的添加量均为40%(样品总量为30g,麻纤维即界面剂含量(%)抗拉强度(MPa)断裂伸长率(%)界面剂含量(%)抗拉强度(MPa)断裂伸长率(%)3.3界面剂对复合材料结晶行为的影响向下放热UhiversalW4.5ATAInstrume向下放热温度(°C)UniversalV4.5