硫酸钙晶须增强聚丙烯泡沫复合材料的制备与性能研究

摘要

来源广泛、价格低廉的通用性塑料树脂聚丙烯(PP)有着非常广泛的用途,而PP泡沫塑料以其质轻,力学性能优良更是受到了广泛关注。本论文以低密度聚乙烯(LDPE)共混增强的 PP为研究对象,运用型内二次发泡法制得发泡复合材料,运用 SEM、FT-IR、电子万能力学实验机和Image-Pro Plus6.0等多种现代测试分析方法,研究了硫酸钙晶须(CSW)、界面相容剂马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)和马来酸酐接枝聚烯烃弹性体(POE-g-MAH)、中空玻璃微珠(HGB)的单一或复合添加对 PP泡沫复合材料的发泡效果、微观界面以及冲击、弯曲和压缩等力学性能的影响,并深入探讨了添加相对复合材料的影响机制。
　　发泡效果分析表明,CSW的引入提高了发泡体系的形核率和熔体强度,使得复合材料中产生更多且更细小的泡孔,泡孔平均直径由964μm降低到640μm,泡孔密度增加近2.5倍;在添加了增强相CSW的基础上,适当质量界面相容剂PP-g-MAH和POE-g-MAH的引入会继续改善CSW/PP二元泡沫复合材料的发泡效果,抑制泡孔坍塌,减小泡孔直径;同样,适当质量的HGB,也可以使CSW/PP泡沫复合材料的泡孔平均直径由640μm进一步降低到421μm,泡孔密度达到13085 cells?cm-3。
　　界面性能研究表面,经过硅烷偶联剂KH550表面预处理后,CSW与PP基体树脂的界面张力降低,两者的润湿性增强,CSW在基体树脂中的分散性也会得到改善。尤其是在添加了界面相容剂PP-g-MAH或POE-g-MAH后,随着界面相容剂上MAH基团与处理后的CSW表面上的氨基基团的反应,CSW与基体树脂之间形成了化学键结合,极大地改善了CSW与基体树脂的结合情况,可以显著地提高PP泡沫复合材料的性能。当添加8％含量的POE-g-MAH后,在CSW表面观察到POE-g-MAH粒子,两者的界面结合得到显著增强。
　　力学性能测试表明,添加CSW可以显著地提高PP泡沫复合材料的力学性能。当CSW的添加量达到10%时,复合材料的弯曲强度、压缩强度和冲击韧度均达到最大值,较未添加的体系相比,分别提高了128.8%,133.8%和149.6%。研究表面,不同的界面相容剂对CSW/PP二元泡沫复合材料的影响不同,PP-g-MAH对材料的弯曲强度和压缩强度提高幅度较大(增幅分别为34.8%和9.6%),而 POE-g-MAH对材料的冲击韧度提高幅度较大(增幅为57.7%,远高于PP-g-MAH的30.1%)。而HGB的引入可以更好地提高CSW/PP泡沫复合材料的压缩强度(增幅为18.6%),但弯曲强度和冲击韧度会有所下降。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 PP泡沫塑料研究进展

1.3 硫酸钙晶须增强塑料的理论基础及研究现状

1.4 本论文的研究目的和意义

1.5 本论文的主要研究内容与技术路线

第二章 实验过程与研究方法

2.1 实验原材料和仪器

2.2 试样的制备

2.3 样品的性能测试和表征方法

第三章 CSW增强PP泡沫复合材料的研究

3.1 CSW/PP泡沫复合材料的制备及CSW的FTIR分析

3.2 CSW的含量对PP泡沫复合材料发泡效果的影响

3.3 CSW在树脂中的分布及其与树脂的结合

3.4 CSW增强PP泡沫复合材料的力学性能

3.6 本章小结

第四章 界面相容剂对CSW/PP泡沫复合材料性能的影响

4.1 PP-g-MAH改性CSW/PP泡沫复合材料

4.2 POE-g-MAH改性CSW/PP泡沫复合材料

4.3 本章小结

第五章 HGB与CSW协同改性PP泡沫复合材料

5.1 HGB/CSW/PP泡沫复合材料的制备

5.2 HGB含量对CSW/PP泡沫复合材料的发泡效果的影响

5.3 HGB和CSW的微观形貌以及分布

5.4 HGB与CSW协同改性PP泡沫复合材料的力学性能

5.5 HGB/CSW/PP泡沫复合材料的压缩吸能特性

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望