废旧聚烯烃纤维复合材料的改性研究

塑料工业第36卷第8期●14.CHINA PLASITICS INDUSTRY2008年8月树脂改性废旧聚烯烃纤维复合材料的改性研究:与合金范勇，邬素华(天津科技大学材料科学与化学工程学院，天津300457)摘要:采用熔融共混的方法将纳米CaCO3母粒加人到废旧聚烯烃纤维复合材料中进行改性，研究了改性后复合材料的力学性能、流变性能、维卡软化点等。结果发现，纳米CaCO3母粒的加入，使复合材料的韧性和强度有所提高，并具有良好的耐热性，而且可降低成本，但用量以10% ~ 20%为宜;差式扫描址热分析表明纳米CaCO3母粒可以提高案烯烃的结晶度。关键词:废旧聚烯烃纤维复合材料;填充改性;力学性能;流变性能;维卡软化点中图分类号: TQ325.1文献标识码: B文章编号: 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近十年来，随着经济的发展，我国聚合物如PE、验以生产尿不湿过程中所剪裁下来的边角废料为原料PP、PS和PVC等的产量已经超过了钢材的产量。废(其中纸的成分已经被沉降，其余的成分主要是聚丙.旧塑料以每年25%的速度增长。由于大多数废旧塑烯，还有小部分聚乙烯等其他烯烃和复合纤维)，通料是不可降解的，堆放容易造成污染环境、滋养病过加人纳米CaCO3母粒进行改性处理，研究了其力学菌、引发火灾并浪费能源，因此对废旧塑料进行回收及热力学性能，以达到再利用的目的。再利用尤为重要川。目前废I口塑料的处理方法有很多1实验部分种，其中焚烧是最简单的方法，但是废旧塑料燃烧时1.1 原料会产生大量的CO2、HCI等有毒物质，会造成二次污废旧聚烯烃纤维复合材料:天津金威商贸有限公染;如果采用掩埋法处理，需占用大量土地，人口密司;聚丙烯(PP): 粉料,河北中捷精细化工有限公集的国家难以承受2。由于塑料因长时间使用，高分司;低摩尔质量聚乙烯(PE蜡): IPE-3, 北京化工子链结构受光、氧等作用会发生- -定程度的老化，从学院精细化工厂;纳米活性CaCO3: 2A，上海卓越纳而发生降解而导致其性能严重下降，所以直接再利用米新材料股份有限公司。难以满足使用要求。因此，寻找一一个合理有效的改性1.2主要 仪器和设备回收废旧塑料的方法是当前最主要的课题。现今,人双螺杆挤出机: 30组装排气，河北省文安县化们已做了大量的通过共混、填充改性高分子聚合物的工机械厂;液压四缸直锁两板式注塑机: JPHSO 两板研究，如采用刚性无机粒子、纳米粒子改性等。本实式，广东泓利机器有限公司;简支梁冲击试验机:作者简介:范勇，男，1983 年生，硕士研究生，研究方向为高分子合金高性能化。fanyong_ weinj@ 163. com第36卷第8期范勇等: 废旧聚烯烃纤维复合材料的改性研究15SE-2，.上海科学仪器修造厂; 微机控制电子万能试验显变大。说明了CaCO3 母粒的加入能促使PP异相成机: RCT-5, 英国劳埃德有限公司;差示扫描量热核，大大提高了结晶度。仪: DSC-141，法国塞特拉母公司;熔体流动速率仪:2.2纳米CaCO3母粒用量对复合材料力学性能的影μPXRZ40OC,吉林大学仪器制造厂;微机控制热变.响形维卡软化试验机: ZWK1320-2, 深圳市新三思材料300检测有限公司。400 x1.3纳米CaCO3母粒以及样品的制备是2将26份(质量份，下同)聚丙烯、70份纳米活00性CaCO3、3份PE蜡和1份硬酯酸分别加到双螺杆挤22-200出机中，共混后挤出造粒，即得纳米CaCO3母粒。将聚烯烃纤维复合材料和纳米CaCO3母粒在双螺20 3101520250杆挤出机中挤出造粒，注塑成样条后进行性能测试。CaCO,填充母粒质分数/%1.4 性能测试拉伸性能:按CB/T 1040- -1992 进行测试，样条选用I型试样，拉伸速度为50mm/min;缺口冲击强度:按GB/T 1043- 1979 (1993) 进行测试;弯曲强35 ;度:按GB/T 1042- -1979 (9341- -2000)进行测试，试验速度30 mn/min。差示扫描量热(DSC) 分析:升温速率259C/25 51015202min,测试温度50 ~ 300 C。维卡软化点:按CB/T 1633- 2000进行测试。图2纳米CaCO,母粒用量对复合材料力学性能的影响2结果与讨论.Fig 2 Efct of nano-CaCO3 particle content on mechanical2.1共混体系的 DSC分析properties of WPFCM图2是纳米CaCO3母粒用量对改性后废旧聚烯烃纤维复合材料力学性能的影响。从图2可以看出，纳米CaCO3母粒的加入使废旧聚烯烃纤维复合材料的拉伸强度略有降低，但影响不大;断裂伸长率随着CaCO3母粒用量的增加而先上升后下降，且在CaCO3母粒质量分数为10%~ 15%达到一个峰值;而对于灩度C弯曲强度来说，呈明显的上升趋势;在相同条件下，冲击强度与断裂伸长率的变化趋势相同，随CaCO3母图1不同共混体系的 DSC曲线粒用量的增加先升后降，并在CaCO3母粒质量分数为Fig 1 DSC curves of diferent blending sytems of WPFCM15%时达最大值。这主要是由于纳米CaCO,母粒的加nano-CaCO3 particlem(废旧聚烯烃纤维复合材料)/ m(纳米GaCO母粒):人使共混体系的结晶度增加，从而使其弯曲强度有所a-95/5; b- 85/15; e-75/25增加;当受冲击外力时CaCO3会使共混体系产生更多图1是不同废旧聚烯烃纤维复合材料/纳米CaCO3的微裂纹，耗散更多的冲击能，同时可以阻止和钝化母粒共混体系的DSC曲线。从图1可分析出，废旧裂纹的进-一步扩展;CaCO3还可促使基体在断裂过程聚烯烃纤维复合材料的主要成分是PP。PP有3种结中发生剪切屈服，吸收大量塑性形变能[4]，从而达到晶形态:a、B、γ晶型。其中a晶型最为常见也最增韧的目的。但随着CaCO3用量的增加，分散在基体稳定，晶型β是热力学上准稳定、动力学上不易生中的粒子易于团聚，微裂纹易发展为宏观开裂，体系成的晶型3。在从图1可看出，在165 C附近出现一的冲击性能变差[5)。故从最优化考虑，CaCO3 母粒用个典型的a晶熔融峰，但是随着CaCO3母粒用量增量以质量分数为10% ~ 20%为宜。加，其熔融温度没有较大影响，但是熔融峰面积却明2.3纳米CaCO3母粒用量对复合材料流变性能和耐●16●塑料工业2008年热性能的影响样的变形而导致软化温度下降。由此可见，纳米表1纳米CaCO3母粒用量对复合材料MFR和维卡软化CaCO母粒的加入使共混体系的耐热性有所下降，温度的影响下降程度不大。Tab 1 Efet of nano-CaCO2 particle content on MFR and结论Vicat sftening temperature of WPFCM纳米CaCO3母粒的加人可以提高废旧聚烯烃纤维纳米CacCO3母粒质量分数/% MFR/g*(10min)-' 维 卡软化温度/C复合材料的结晶度，从而使其力学性能有所提高。纳8.30127.50米CaCO3母粒用量一般以质量分数为10% ~ 20%为7.91126.35宜。纳米CaCO3母粒的加入可以提高复合材料的流动1010.68127.15性，从而易于加工。纳米CaCO3母粒的加入使复合材1511.02126.102011.04126.15料的耐热性能略有下降，但影响不大。11.28124.95参考文献表1是纳米CaCO3母粒用量对熔体质量流动速率[1]付晓婷，何周坤，丁明明，等.废旧塑料的回收和增值利用[J].塑料工业，2007, 35 (9): 4-6.(MFR)和维卡软化温度的影响。由表1可以看出，[2]赵志超，杨振平，周昕.废旧塑料回收利用的途径[J].在相同条件下，废旧聚烯烃纤维复合材料中加入纳米聚氯乙烯，1998， 20 (1): 51-52.CaCO3母粒的量越多，其MFR越大，流动性越好。[3] 马传国，容睿智，章明秋.纳米碳酸钙及其表面处理对这主要是由母粒的性质决定的，母粒中主要成分为纳等规聚丙烯结晶行为的影响[J]. 高分子学报，2003米CaCO3,当填充材料的粒子尺寸小到一定程度时，(3): 381- 386.各种性能都会有所提高，而且母粒中的各种润滑剂都[4] 金日光，华幼卿，商分子物理[M].第二版.北京:化是小分子，使得聚合物与加工设备间的摩擦小，因此学工业出版社，2000.[s]钱海燕，叶旭初，张少明.重质碳酸钙表面改性研究流动性变好。[J].非金属矿，2001, 24 (4): 36-37.纳米CaCO3母粒的加人使复合材料的维卡软化温[7]钱伯章.废旧塑料回收利用技术进展[J]. 橡塑资源利度略有下降。其主要原因可能是由于纳米CaCO2母粒用，2007 <2): 12-39.中含有许多分散剂和润滑剂，随着母粒用量的增加，[8]孙可伟，李如燕.废弃物复合成材技术[M].北京:化使废旧聚烯烃纤维复合材料在升温过程中，分子链上学工业出版社，2006.链段的活动性逐渐增强，并在负荷的作用下，产生较[9]刘均科.塑料废弃物的回收与利用技术[M].北京:中强的运动，使整个分子链产生滑移，从而易于引起试国石化出版社，2001.(本文于2008 -05 - 28收到)(上接第7页)2002，23: 81-87.Radiat Phys Chem, 1995， 46 (2): 203-206.[9] GI0ANNIS B D, JESTIN P, SUBRA P. 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