利用回收轮胎粉和PCB粉增韧增强PVC复合材料的研究

摘要

本文以回收轮胎粉（GRT）及印刷电路板(PCB)粉末中回收的非金属粉末(N-PCB)为填料，添加到聚氯乙烯(PVC)复合材料中，通过熔融共混制备了PVC/GRT、PVC/N-PCB及PVC/GRT/N-PCB复合材料，分别研究了GRT及N-PCB对PVC复合材料力学性能的影响，并研究GRT和N-PCB增韧增强PVC复合材料的最佳配方。本研究主要内容包括：
　　⑴将GRT与不同单体甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、马来酸酐(MAH)、丙烯酸（AA）分别通过开炼机共混，而后在双螺杆挤出机中反应挤出，制备了PVC/GRT复合材料。考察了回收轮胎粉用量、单体种类、引发剂种类对复合材料力学性能的影响。实验结果表明，加入5phr GRT，在DCP引发作用下PVC/GRT复合材料韧性提高显著。在此基础上，以正交实验探究引发剂DCP、接枝单体GMA、共单体St的最佳用量。结果表明在GRT用量为5phr，GMA、St、DCP用量分别为4phr、4phr、0.15phr时，PVC/GRT复合材料增韧效果最佳，与未添加GRT的PVC相比缺口冲击强度提高26％。接触角测试结果表明:用单体修饰的GRT相比较于未修饰的GRT极性增大，与PVC的极性差减小;SEM结果表明:用GMA反应增韧后的PVC/GRT复合材料表面空洞明显减少，表面相容性提高，因而GRT表现了较好的增韧效果，提高了PVC/GRT复合材料的缺口冲击强度。
　　⑵将N-PCB粉末作为增强填料，并且加入E-44，添加到PVC树脂材料中，通过共混熔融挤出制备了PVC/N-PCB复合材料。研究了N-PCB添加量、E-44用量以及N-PCB粒径大小对PVC/N-PCB复合材料力学性能的影响。利用万能电子试验机测定了材料的力学性能，实验结果表明:添加30phr N-PCB粉及5phr E-44的PVC/N-PCB复合材料与未添加N-PCB的PVC相比，其拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度分别增大18％、29％、20％。与未添加E-44的PVC/N-PCB复合材料相比，其拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度分别增大12％、26％、19％。SEM结果表明:加入E-44后能明显改善N-PCB与PVC基材的界面作用，减少了界面缺陷，N-PCB中玻璃纤维与PVC基材结合相对比较紧密，脱出空洞数明显减少。
　　⑶将GRT添加至PVC复合材料中，其缺口冲击强度提高但拉伸和弯曲强度下降;将N-PCB添加至PVC复合材料中，其拉伸和弯曲强度提高但缺口冲击强度下降。利用GRT和N-PCB添加改性PVC复合材料的特性，将GRT、N-PCB同时添加至PVC中，制备了PVC/GRT/N-PCB复合材料。实验结果表明:添加5phr GMA修饰的GRT、30phr N-PCB及10phr E-44的PVC/N-PCB复合材料与纯PVC相比，复合材料拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度及缺口冲击强度相对于纯PVC材料分别提高7％、44％、12％、19％，达到增韧增强的目的。研究表明，GRT和N-PCB均为具有应用前景的复合物填料，可有效提高聚合物复合材料的力学性能。为GRT和N-PCB的资源化回收利用找到了一种新途径，具有一定的经济效益和社会价值。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 轮胎粉(GRT)的回收利用

1．2．1 GRT的制备

1．2．2 GRT的应用

1．2．3 GRT的表面改性

1．2．4 GRT在复合材料中的研究进展

1．3 印刷电路板非金属粉(N-PCB)的回收利用

1．3．1 N-PCB的制备

1．3．2 N-PCB的应用

1．3．3 N-PCB的表面改性

1．3．4 N-PCB在复合材料中的研究进展

1．4 聚氯乙烯复合材料

1．4．1 聚氯乙烯复合材料的配方

1．4．2 聚氯乙烯复合材料的加工

1．4．3 聚氯乙烯复合材料的工业化进展

1．5 本课题研究的目的、意义及内容

1．5．1 本课题研究目的及意义

1．5．2 本课题研究内容

第二章 PVC／GRT复合材料的制备及性能研究

2．1 引言

2．2 原料及设备

2．2．1 原料

2．2．2 设备

2．3 PVC／GRT复合材料的制备

2．4 PVC／GRT复合材料的测试与表征

2．5 PVC／GRT复合材料的力学性能研究

2．5．1 不同份数回收轮胎粉对PVC／GRT复合材料力学性能的影响

2．5．2 不同单体反应增韧对PVC／GRT复合材料力学性能影响

2．5．3 不同引发剂反应增韧对PVC／GRT复合材料力学性能影响

2．5．4 正交实验工艺考察

2．6 PVC／GRT复合材料的微观形貌分析

2．7 本章小结

第三章 PVC／N-PCB复合材料的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 原料、设备及测试方法

3．2．1 原料

3．2．2 试验设备

3．3 PVC／N-PCB复合材料的制备

3．3．1 N-PCB粉末的制备流程

3．3．2 PVC／N-PCB复合材料的制备流程

3．4 PVC／N-PCB复合材料的测试与表征

3．5 PVC／N-PCB复合材料的力学性能研究

3．5．1 N-PCB的用量对PVC／N-PCB复合材料力学性能影响

3．5．2 E-44的用量对PVC／N-PCB复合材料力学性能影响

3．5．3 N-PCB粒径大小对PVC／N-PCB复合材料性能的影响

3．6 PVC／N-PCB复合材料的微观形貌分析

3．7 本章小结

第四章 PVC／GRT／N-PCB复合材料的制备及性能研究

4．1 原料及设备

4．1．1 原料

4．1．2 设备

4．2 PVC／GRT／N-PCB复合材料的制备

4．3 PVC／GRT／N-PCB复合材料的测试与表征

4．4 PVC／GRT／N-PCB复合材料的力学性能研究

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

附录

攻读硕士期间发表的论文

声明