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硅灰石纤维和硫酸钙晶须在热塑性塑料中的改性应用

2019-03-07   
树脂基复合材料中的无机填料作为增强体,对复合材料功用的进步首要运用其自身的结构和功用特色,填料在冷却成型后的复合材料中约束了树脂基体中大分子链或链段等运动单元的运动,一起因为填料具有高熔点,低形变量,高硬度的特色,可一起改进聚合物基体的热变形温度,弹性模量、尺度安稳性和硬度等各方面功用。
常见的无机填料有碳酸钙、二氧化硅以及硅酸盐矿藏中的高岭土、蒙脱土等。其间具有纤维状的填料在聚合物的改性中运用较广泛,如海泡石纤维、硅灰石纤维、镁盐晶须、硫酸钙晶须等。
经过归纳考虑,本论文选用硅灰石纤维和硫酸钙晶须作为填充改性填料对 PA6 进行增强改性研讨。
1、硅灰石纤维
1.1 硅灰石的特色
硅灰石是一种无机矿藏质填料,其分子式为 CaSiO3(或 Ca3[Si3O9]),自然界中的硅灰石呈白色或灰白色,除 CaSiO3外还含有微量的 Fe 和TiO2等金属氧化物,形状有放射状,纤维状、片状、或块状,其间以纤维状最为常见,密度为2.78~2.91 g/cm3,莫氏硬度为4.5~5.0,熔点为1540℃。

纤维状的硅灰石
硅灰石纤维作为纤维状的无机晶体填料,其规整的表面结构、以及优异的耐热安稳性等,其热膨胀系数十分低。因为其耐热安稳性好,耐腐蚀,机械功用和电功用杰出,所以在填充到树脂中后,复合材料的尺度安稳性好,硅灰石能够均匀的散布于聚合物中,对复合材料起到增强作用。另硅灰石能够下降制备过程中的熔体粘度,使材料的更易于加工成型。
1.2 改性运用
梁基照等运用甜菜碱对硅灰石进行表面处理,将其填充到 PP 基体中,经调查研讨发现,甜菜碱的运用很好的改进了硅灰石与PP的界面作用,进步了系统的力学功用。
因为硅灰石的参加增加了受到冲击应力时发作的银纹数量,能够吸收更多的冲击应力,使材料的冲击强度进步。申屠宝卿等经过制备 PA6/针状硅灰石粉复合材料,测验研讨发现,偶联剂的增加能够有用的改进复合材料加工过程中的流动性,使硅灰石均匀涣散于树脂基体,进步了系统的结晶度,但结晶的完善程度下降。
赵文聘等运用熔融共混工艺在尼龙6中填充超细针状硅灰石短纤维,经过研讨发现,硅灰石的参加能够进步尼龙6的力学功用,但起伏不大,对热功用的进步起伏较大,一起能够下降出产本钱。袁世相等选用非离子表面活性剂对硅灰石进行活化处理,制备PVC线缆料,所制备材料的力学功用高于标准要求70%-80%,热功用进步 103%。
贺昌城等人用不同的硅灰石增韧改性 PP,研讨发现铝酸酯的运用能够有用的改进硅灰石涣散性,与PP的界面结合作用加强,使PP 在硅灰石表面结晶,增加了具有“钉锚”效应的横晶的发作,进步了针状硅灰石对 PP 的增韧作用,缺口冲击强度最大进步起伏达110%。
付善菊等经过比较 PET 短纤维和硅灰石对硅树脂的独自填充和复配共混增强作用发现,单一的增强体能够起到增强作用,且PET短纤维的增强作用显着优于硅灰石晶须,在三元稠浊制备复合材料后,低含量的硅灰石不能起到增强作用,反而复合材料的拉伸强度等有所下降,但当到达35%以上时,拉伸强度反而显着进步,分析其原因可能为低含量硅灰石的参加破坏了PET短纤维和基体间杰出的界面结合力,使材料的功用下降。
王锡麟等选用硬脂酸和KH-550,KH-560 三种偶联剂对硅灰石进行表面改性,经过制备硅灰石/环氧树脂复合材料,研讨了不同偶联剂和不同的偶联剂用量等工艺参数对复合材料的影响,发现硬脂酸改性硅灰石可大起伏进步复合材料的力学功用,在低纤维含量增加时,其拉伸强度和冲击强度可别离进步47.79%和47.95%。
张凌燕等运用三种硅烷偶联剂 KH-550,KH-560 和 KH-570 对硅灰石进行表面改性,经过熔融共混制备ABS/硅灰石复合材料。研讨发现:经过 KH-570 改性的硅灰石的有机化作用最好,改性后的湿润接触角可达 160°,远远大于其他两种偶联剂,且活化指数是其他两种偶联剂的3-6倍,经过研讨工艺参数及配比发现,硅灰石的参加进步了熔体流动性,下降了加工难度,进步了材料的光洁度,使材料的刚性进步,当增加20%的硅灰石可在确保材料强度的前提下节省15%的本钱。
2 硫酸钙晶须
2.1 硫酸钙晶须的特色

硫酸钙晶须的SEM相片
硫酸钙晶须(Calcium Sulfate Whiskers,CSW),又称为石膏晶须,是半水或无水硫酸钙的纤维状单晶体,白色疏松针状物,均匀长径比可达80:1,长度数十至数百微米;具有完好的结构、完结的外形、特定的横截面、安稳的尺度;因其具有完美的结晶尺度,其强度挨近完美晶体的强度,一起因具有颗粒状填料的细度、短纤维填料的长径比、耐高温、耐酸碱性、抗化学腐蚀、耐性好、电绝缘性好、强度高、易进行体现处理,与树脂、塑料、橡胶相容性好,能够均匀涣散,具有优秀的增强功用和阻燃性。硫酸钙晶须的出产是以生石膏等为质料,经过组成工艺制备的纤维状材料,是无毒的绿色环保材料。
2.1 改性运用
硫酸钙晶须作为一种新式无机纤维状增强填料,现已得到广泛的研讨和推行。近年来跟着硫酸钙晶须报价的下降,它们在聚合物中的填充改性研讨中占有越来越重要的位置。因为硫酸钙晶须自身结构纤细,直径尺度在微米乃至百纳米等级,其高度有序的原子摆放结构,使其晶体结构挨近完美晶体结构,原子间价键的结合强度大,使晶须具有很高的强度和模量,具有优异的力学功用和热学功用。因为其完美的结构特征,使其在聚合物材料中有宽广的运用远景。
郝文莉等运用湿法改性的办法,经过 KH-560 对 CSW 进行表面有机化处理,红外光谱和 XRD 检测成果均显现 OCSW 中含有 KH-560 相关基团,有用的包覆于 CSW 表面,SEM 调查发现,晶须在高速拌和过程中发作折断,长度减小,表面附着微粒,1%的 KH-560 即可起到有用的活化作用,能够使 CSW 在聚合物基体中构成杰出的涣散,改进无机-有机的界面结合作用。
武汉理工大学的刘玲等选用硅烷偶联剂改性硫酸钙晶须后与聚亚安酯橡胶混合,研讨了所制备复合材料的力学功用和界面结构,改性后的硫酸钙与基体树脂之间的界面有杰出的结合作用,经过微裂纹和晶须的“桥联作用”到达对材料的增韧作用,当硫酸钙晶须含量为5%-10%时,复合材料的力学功用到达最优,功用进步显着。
周健以硅烷偶联剂 KH-550 改性硫酸钙晶须和硫酸镁晶须后别离与 ABS 熔融共混制备晶须/ABS 复合材料,经过研讨硫酸钙晶须和硫酸镁晶须对复合材料力学功用、热功用以及增韧机理和微观结构的影响,发现硫酸镁晶须在进步复合材料力学功用方面优于硫酸钙晶须,而在热功用方面则显着低于硫酸钙晶须的改性作用,且硫酸钙晶须与基体树脂的界面黏结性较差。Chen S b 等经过制备硫酸钙晶须/聚酯/环氧树脂三元复合材料,研讨了复合材料的力学功用和阻尼功用。发现硫酸钙晶须的参加明显进步了复合材料的拉伸强度,但冲击强度有所下降;当填充量为 3%时,三元复合系统的阻尼功用到达最优。
Wang X L 等运用三种不同的偶联剂改性硫酸钙晶须,并将其填充到PP 树脂中制备 PP/硫酸钙晶须复合材料,对其力学功用和界面微观结构的研讨发现,改性后的硫酸钙晶须都可不同程度的进步复合材料的力学功用,其间 KH-570 能够有用改进硫酸钙晶须的涣散性和其与 PP 的界面结合作用,其增强作用最优,当含量为 30%时,复合材料的缺口冲击强度进步60%,偶联剂的运用促进了硫酸钙晶须与基体树脂的界面黏结性,使无机填料均匀散布于基体树脂中。

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