硅酸盐矿物/聚合物复合材料的制备及其界面机理的研究

摘要

目前，国内对矿物填料多种形态的配合优化应用研究较少，对针柱状、层片状、粒状三种形态硅酸盐矿物在塑料中的配合优化应用研究更少。 采用热塑性工程塑料丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物(ABS)和通用塑料低密度聚乙烯(LDPE)为聚合物基体，以针柱状硅灰石、层片状白云母、粒状珍珠岩微粉中的一种或两种以上作为分散相，制备硅酸盐矿物/聚合物复合材料。通过研究不同形态及配方的改性矿物填料对ABS的弯曲性能、拉伸性能、冲击强度、硬度及对LDPE的拉伸性能、熔体流动速率、硬度的影响，确定性能较好、增量效果明显的配方，取得了以下研究成果： 1.通过改性正交试验、改性剂用量的单因素试验、不同硅烷改性剂的对比试验，确定最佳的改性工艺条件为：WD-70(甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)改性硅灰石及珍珠岩的用量为1％、改性白云母用量为1.5％，改性温度120℃，改性时间20min，改性助剂氨水相对于WD-70的用量之比为1：1。 2.三种形态矿物组合填充ABS的综合性能最佳的配比是硅灰石：白云母：珍珠岩为1：1：0，此配比优于单一形态矿物对ABS的填充效果。单一形态矿物对ABS的填充效果中，二维层片状白云母最好，最差的是粒状珍珠岩微粉。 3.三种形态矿物组合填充LDPE的综合性能最佳的配比是硅灰石：白云母：珍珠岩为1：1：1，当填充量为30％时，拉伸强度提高了2％，熔体流动速率增加了19％，洛氏硬度增加了1.2倍。 4.采用SEM研究复合材料的界面微观结构，结果表明：甲基丙烯酰氧基WD-70改性矿物填料比氨丙基WD-50改性矿物填料填充ABS的界面粘接状态好；13μm左右、长径比11.00的硅灰石填料比长径比7.52的硅灰石填料填充ABS的界面粘接效果好；硅灰石：白云母：珍珠岩为1：1：0填充ABS的界面结合良好；硅酸盐矿物填料在LDPE中比在ABS中分散均匀，其界面柔和性较好。 5.填料与聚合物界面的形成包括：聚合物与填料的接触浸润过程和化学键结合的固化过程。粘接面的完整性直接影响复合材料的性能，而完整粘接面的形成与填料的几何形态和表面化学反应活性、聚合物的柔韧性和化学结构有关。 6.硅酸盐矿物填充ABS具有以较高比例填充改性降低成本的优势，并可使ABS的刚性、耐磨性、化学稳定性有不同程度的提高。因此，其在某些领域中的应用，可避免使用纯ABS而导致其性能过剩，以减少原料成本，提高经济效益。 7.硅酸盐矿物填充LDPE可使其拉伸强度、加工成型性、耐磨性、刚性都得到增强，起到了增量降低成本和增强的双重效果，其应用前景广阔。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明关于论文使用授权的说明

第1章引言

1.1非金属矿物填料在塑料工业中应用的发展趋势

1.2硅灰石、白云母、珍珠岩的矿物学特征及其应用

1.2.1硅灰石的矿物学特征及其应用

1.2.2白云母的矿物学特征及其应用

1.2.3珍珠岩的矿物学特征及其应用

1.3非金属矿物填料应用在塑料中面临的问题

1.4选题依据及意义

第2章试验原料及仪器设备

2.1试验原料

2.1.1硅灰石、白云母、珍珠岩三种微粉的制备及其各项指标

2.1.2工程塑料ABS、通用塑料LDPE

2.1.3改性剂及塑料加工助剂

2.2试验仪器及设备

2.2.1粉体加工设备

2.2.2粉体改性设备

2.2.3复合材料的制备设备

2.2.4测试仪器

第3章硅灰石、白云母、珍珠岩微粉的表面改性

3.1硅灰石、白云母、珍珠岩三种微粉的表面改性试验流程

3.2硅灰石微粉的表面改性

3.2.1 WD-70改性条件的确定

3.2.2不同型号硅烷改性剂对硅灰石改性效果的对比试验

3.3白云母微粉的表面改性

3.3.1 WD-70改性白云母的用量确定试验

3.3.2不同型号硅烷改性剂对白云母改性效果的对比试验

3.4珍珠岩微粉的表面改性

3.4.1 WD-70改性珍珠岩的用量确定试验

3.4.2不同型号硅烷改性剂对珍珠岩改性效果的对比试验

3.5小结

第4章硅酸盐矿物/ABS复合材料的制备及性能

4.1硅酸盐矿物/ABS复合材料制备的试验流程

4.2硅灰石/ABS复合材料的制备及其性能影响因素

4.2.1硅灰石微粉的填充量对硅灰石/ABS复合材料性能的影响

4.2.2硅灰石的长径比、粒度对硅灰石/ABS复合材料性能的影响

4.2.3改性偶联剂对硅灰石/ABS复合材料性能的影响

4.3白云母/ABS复合材料的制备及其性能影响因素

4.3.1白云母微粉的填充量对白云母/ABS复合材料性能的影响

4.3.2改性偶联剂对白云母/ABS复合材料性能的影响

4.4珍珠岩/ABS复合材料的制备及其性能影响因素

4.4.1珍珠岩微粉的填充量对珍珠岩/ABS复合材料性能的影响

4.4.2改性偶联剂对珍珠岩/ABS复合材料性能的影响

4.5两种或三种形态矿物组合/ABS复合材料的制备及其性能研究

4.5.1正交试验

4.5.2调优补充试验

4.6小结

第5章硅酸盐矿物/LDPE复合材料的制备及其性能

5.1不同形态矿物组合/LDPE复合材料制备的试验流程

5.2不同形态矿物组合/LDPE复合材料制备的正交试验及分析

5.3小结

第6章复合材料的界面微观结构分析

6.1复合材料拉伸前后的样条照片

6.1.1硅酸盐矿物/ABS复合材料拉伸前后的样条照片

6.1.2硅酸盐矿物/LDPE复合材料拉伸样前后的样条照片

6.2复合材料的拉伸断面微观结构的扫描电镜(SEM)分析

6.2.1硅灰石/ABS复合材料的拉伸断面微观结构的SEM照片

6.2.2白云母/ABS复合材料的拉伸断面的SEM照片

6.2.3珍珠岩/ABS复合材料的拉伸断面的SEM照片

6.2.4不同形态矿物组合/ABS复合材料的拉伸断面SEM照片

6.2.5硅酸盐矿物/LDPE复合材料的拉伸断面微观结构的SEM分析

6.3复合材料沿拉伸方向的表面微观结构的SEM分析

第7章复合材料界面作用机理的探讨

7.1界面作用的化学键理论

7.1.1硅烷偶联剂与硅酸盐矿物填料表面的作用机理

7.1.2硅烷偶联剂与树脂的作用机理

7.2界面的形成过程及其影响因素

7.3填料的形态及配合作用原理

第8章结论

参考文献

致 谢

附录：硕士研究生期间发表的论文及参研项目