PP-活性rPET原位成纖復(fù)合材料.pdf

1、原位成纖復(fù)合技術(shù)由于具有不需預(yù)先紡制纖維,纖維在復(fù)合材料中易于均勻分散,廢舊制品回收利用時(shí)依然可以原位成纖,性能保留率高等優(yōu)點(diǎn),已是國(guó)內(nèi)外樹(shù)脂基復(fù)合材料研究的熱點(diǎn)。對(duì)于聚丙烯(PP)這一大品種通用塑料,為了提高其性能,能夠作為工程塑料使用的研究工作中,用成纖性能好的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)與PP原位成纖復(fù)合制備PP/PET原位成纖復(fù)合材料,已受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。但采用的PET大多為新PET。隨著PET在包裝領(lǐng)域中的應(yīng)用迅速擴(kuò)展,廢舊

2、PET(rPET)的產(chǎn)生量急劇增長(zhǎng),rPET的回收利用問(wèn)題也就日益突出,如若選用rPET代替新PET作為成纖材料制備PP/rPET原位成纖復(fù)合材料,對(duì)于PP的工程塑料化及節(jié)能減排、廢棄物資源化、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。本文選用PET紡絲下腳料作為成纖材料制備PP基原位成纖復(fù)合材料。
　　 借鑒樹(shù)脂/宏觀纖維復(fù)合材料高性能化應(yīng)具有適度柔性強(qiáng)界面結(jié)合、纖維異形化等的結(jié)構(gòu)特征,基于PP與rPET熱力學(xué)相容性差及原位成纖復(fù)合微纖是“就地”

3、形成的工藝特點(diǎn),本工作提出如下的研究思想:首先向rPET中引入能與rPET反應(yīng)的反應(yīng)性增容劑(RC),制備出活性rPET(A-rPET),,將PP和A-rPET。熱機(jī)械共混,于原位成纖復(fù)合過(guò)程中,在能效應(yīng)和熵效應(yīng)驅(qū)使下,A-rPET形成異形微纖的同時(shí),其中的RC向界面區(qū)擴(kuò)散自組裝于界面區(qū),構(gòu)成適度柔性強(qiáng)界面結(jié)合,也就是說(shuō),只有制備出具有這些結(jié)構(gòu)特征的PP/A-rPET原位成纖復(fù)合材料,才能呈現(xiàn)出綜合優(yōu)良的力學(xué)性能。
　　 基于此

4、,本工作以PP、彈性體、含有環(huán)氧官能團(tuán)的反應(yīng)性單體和輔助單體為主要原料,采用熱機(jī)械反應(yīng)性擠出的工藝制備出反應(yīng)性增容劑RC,用RC和rPET反應(yīng)性共混制備出活性rPET,即A-rPET,將PP與A-rPET進(jìn)行原位成纖復(fù)合,制得PP/A-rPET原位成纖復(fù)合材料。研究了不同復(fù)合工藝制得的原位成纖復(fù)合材料的力學(xué)性能、熔體流動(dòng)性、熔融及結(jié)晶行為,并對(duì)RC、rPET、A-rPET、原位成纖復(fù)合材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、及不同復(fù)合工藝制得的原位成纖復(fù)合材料

5、的微纖形態(tài)、斷面形態(tài)等進(jìn)行了表征。得到如下主要結(jié)果與結(jié)論:
　　 (1)RC中兩單體大部分以均聚物和共聚物的形式存在,小部分以接枝或橋鏈的形式存在于PP、彈性體、PP與PP、PP與彈性體、彈性體與彈性體之間。隨著兩單體總用量的增加,兩單體的表觀轉(zhuǎn)化率和接枝架橋效率逐漸增大,當(dāng)RC中兩種單體總用量為0.06 mol時(shí),兩單體的表觀轉(zhuǎn)化率和接枝架橋效率分別為75.1％和3.9％。
　　 (2)與不增容一步法和增容一步法相比,

6、兩步法1和兩步法2制備的PP/A-rPET1和PP/A-rPET1/RC中rPET微纖表而比較粗糙,有較多的白色突出物,沖擊斷面拔出的rPET微纖均有一定程度的變形,微纖根部沒(méi)有空化現(xiàn)象,rPET微纖與基體PP界面結(jié)合較好,其中兩步法2制備的原位成纖復(fù)合材料,rPET微纖異形化更為嚴(yán)重,沖擊斷面拔出的rPET微纖發(fā)生很大程度的變形,RC多數(shù)都能自組裝到界面區(qū),一方面與rPET形成化學(xué)鍵連接,一方面在rPET微纖與PP基體間形成結(jié)合力強(qiáng)的

7、適度柔性界面層。
　　 (3)不增容一步法和增容一步法制備的原位成纖復(fù)合材料的拉伸屈服應(yīng)力(TYS)和彎曲彈性模量(FM)基本保留在PP的水平,懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度(NIIS)分別為純PP的48％和53％;兩步法1和兩步法2制備的原位成纖復(fù)合材料各項(xiàng)力學(xué)性能均有提高,其中外加2.5％的RC兩步法2制備的PP/A-rPET1/RC綜合力學(xué)性能最好,韌性得到很大提高的同時(shí),剛性沒(méi)有降低,其TYS、FM、NIIS分別為純PP的1.00倍

8、、1.11倍、1.64倍,
　　 (4)四種原位成纖復(fù)合材料的熔體流動(dòng)性與原料PP相比均變差。以固體形式存在、相對(duì)體積較大的rPET微纖以及rPET微纖與PP界面的改善程度是造成原位成纖復(fù)合材料熔體流動(dòng)性降低的主要原因。
　　 (5)四種原位成纖復(fù)合材料中rPET微纖對(duì)PP基體的熔融行為影響不大,對(duì)PP的熱結(jié)晶行為有顯著影響,主要是以異相成核作用為主,PP基體熱結(jié)晶峰峰頂溫度比純PP高出9℃左右。RC的加入對(duì)原位成纖復(fù)合