貝殼粉的改性及其增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用.pdf

1、貝殼是一種廉價(jià)的天然資源。如何充分利用貝殼資源，已經(jīng)成為以廢棄物再利用為目的實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要課題，越來越引起人們的重視。研究發(fā)現(xiàn)，貝殼是一種天然的有機(jī)無機(jī)雜化材料，其95％的主要成分是碳酸鈣，還有少量氨基酸和多糖物質(zhì)。這種特殊的生物礦化使得貝殼具有普通碳酸鈣無可比擬的強(qiáng)度和韌性。但是，目前貝殼粉作為優(yōu)良的鈣源主要成為動(dòng)物飼料添加劑，本課題試圖對貝殼粉資源化利用過程中的表面改性以及應(yīng)用于復(fù)合材料制備做相關(guān)探討。
　　 超高分

2、子量聚乙烯（UHMWPE）纖維單向平行排列并用熱塑性樹脂PE粘結(jié)形成的無緯布是當(dāng)今世界強(qiáng)度最高、比重最輕的防彈材料之一，PE作為產(chǎn)量最大的一種熱塑性樹脂，應(yīng)用廣泛，如管材，薄膜等方面，但是HDPE結(jié)晶度高，抗沖擊性差，而且PE耐熱性差、蠕變嚴(yán)重，使其綜合機(jī)械強(qiáng)度較差。貝殼粉有獨(dú)特的交叉層狀結(jié)構(gòu)，可以使聚乙烯復(fù)合材料的抗沖擊性能獲得提高;同時(shí)貝殼微粉主要成分是CaCO3，它的加入可以提高聚乙烯材料的耐熱性和抗老化性能，改善聚乙烯的綜合性能

3、。
　　 但是貝殼微粉是一種微米級的顆粒，表面能較大，容易發(fā)生團(tuán)聚，團(tuán)聚會使材料在受到?jīng)_擊時(shí)，由于應(yīng)力集中產(chǎn)生裂紋并快速發(fā)展，使材料抗沖擊性能下降。因此，在加入貝殼微粉之前必須對貝殼微粉進(jìn)行表面處理，降低其表面能，使貝殼微粉能在基體中達(dá)到均勻分散。
　　 本課題首先采用不同的表面活性劑和偶聯(lián)劑，以及不同的改性處理方法對貝殼微粉進(jìn)行表面改性，通過接觸角和活化度等表征方法實(shí)現(xiàn)改性劑的優(yōu)選和改性工藝條件的優(yōu)化，并通過曲線擬合得

4、出各條件影響貝殼粉改性的數(shù)學(xué)公式。結(jié)果表明相同條件下，偶聯(lián)劑處理貝殼粉的效果好于表面活性劑處理的貝殼粉。以硬脂酸鈉干法改性貝殼粉為例，研究了時(shí)間、溫度、用量等實(shí)驗(yàn)條件對貝殼粉改性效果的影響。以鈦酸酯NDZ201濕法改性貝殼粉為例，探索反應(yīng)的最佳條件，實(shí)驗(yàn)最佳條件是反應(yīng)溫度80℃、反應(yīng)時(shí)間1h、偶聯(lián)劑用量2.5％和稀釋比例1∶3;再設(shè)計(jì)了4因素3水平正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明:鈦酸酯偶聯(lián)劑處理貝殼粉的最佳工藝條件是反應(yīng)溫度60℃;反應(yīng)時(shí)間1.5h

5、;偶聯(lián)劑用量為2％;稀釋劑用量為1∶2。
　　 通過FTIR、DTG、SEM等技術(shù)手段對貝殼粉改性前后進(jìn)行表征，并對不同改性劑化學(xué)改性機(jī)理做了一些研究。通過熔融共混擠出的方式制備貝殼粉和聚乙烯的復(fù)合材料，對比了不同目數(shù)、不同含量以及改性前后的貝殼粉添加對復(fù)合材料的力學(xué)性能影響。在PE基體中加入鈦酸酯最優(yōu)化改性處理的貝殼粉5％后，復(fù)合材料的彈性模量0.8GPa(純PE為0.69GPa)，拉伸強(qiáng)度23.96MPa(純PE為19.50