论文部分内容阅读
原位成纤复合技术由于具有不需预先纺制纤维,纤维在复合材料中易于均匀分散,废旧制品回收利用时依然可以原位成纤,性能保留率高等优点,已是国内外树脂基复合材料研究的热点。对于聚丙烯(PP)这一大品种通用塑料,为了提高其性能,能够作为工程塑料使用的研究工作中,用成纤性能好的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)与PP原位成纤复合制备PP/PET原位成纤复合材料,已受到国内外的关注。但采用的PET大多为新PET。随着PET在包装领域中的应用迅速扩展,废旧PET(rPET)的产生量急剧增长,rPET的回收利用问题也就日益突出,如若选用rPET代替新PET作为成纤材料制备PP/rPET原位成纤复合材料,对于PP的工程塑料化及节能减排、废弃物资源化、保护环境具有重要意义。本文选用PET纺丝下脚料作为成纤材料制备PP基原位成纤复合材料。借鉴树脂／宏观纤维复合材料高性能化应具有适度柔性强界面结合、纤维异形化等的结构特征,基于PP与rPET热力学相容性差及原位成纤复合微纤是“就地”形成的工艺特点,本工作提出如下的研究思想：首先向rPET中引入能与rPET反应的反应性增容剂(RC),制备出活性rPET(A-rPET),将PP和A-rPET热机械共混,于原位成纤复合过程中,在能效应和熵效应驱使下,A-rPET形成异形微纤的同时,其中的RC向界面区扩散自组装于界面区,构成适度柔性强界面结合,也就是说,只有制备出具有这些结构特征的PP/A-rPET原位成纤复合材料,才能呈现出综合优良的力学性能。基于此,本工作以PP、弹性体、含有环氧官能团的反应性单体和辅助单体为主要原料,采用热机械反应性挤出的工艺制备出反应性增容剂RC,用RC和rPET反应性共混制备出活性rPET,即A-rPET,将PP与A-rPET进行原位成纤复合,制得PP/A-rPET原位成纤复合材料。研究了不同复合工艺制得的原位成纤复合材料的力学性能、熔体流动性、熔融及结晶行为,并对RC、rPET、A-rPET、原位成纤复合材料的化学结构、及不同复合工艺制得的原位成纤复合材料的微纤形态、断面形态等进行了表征。得到如下主要结果与结论：(1)RC中两单体大部分以均聚物和共聚物的形式存在,小部分以接枝或桥链的形式存在于PP、弹性体、PP与PP、PP与弹性体、弹性体与弹性体之间。随着两单体总用量的增加,两单体的表观转化率和接枝架桥效率逐渐增大,当RC中两种单体总用量为0.06 mol时,两单体的表观转化率和接枝架桥效率分别为75.1%和3.9%。(2)与不增容一步法和增容一步法相比,两步法1和两步法2制备的PP/A-rPET和PP/A-rPET1/RC中rPET微纤表面比较粗糙,有较多的白色突出物,冲击断面拔出的rPET微纤均有一定程度的变形,微纤根部没有空化现象,rPET微纤与基体PP界面结合较好,其中两步法2制备的原位成纤复合材料,rPET微纤异形化更为严重,冲击断面拔出的rPET微纤发生很大程度的变形,RC多数都能自组装到界面区,一方面与rPET形成化学键连接,一方面在rPET微纤与PP基体间形成结合力强的适度柔性界面层。(3)不增容一步法和增容一步法制备原位成纤复合材料的拉伸屈服应力(TYS)和弯曲弹性模量(FM)基本保留在PP的水平,悬臂梁缺口冲击强度(NIIS)分别为纯PP的48%和53%；两步法1和两步法2制备的原位成纤复合材料各项力学性能均有提高,其中外加2.5%的RC两步法2制备的PP/A-rPET,/RC综合力学性能最好,韧性得到很大提高的同时,刚性没有降低,其TYS、FM、NIIS分别为纯PP的1.00倍、1.11倍、1.64倍,(4)四种原位成纤复合材料的熔体流动性与原料PP相比均变差。以固体形式存在、相对体积较大的rPET微纤以及rPET微纤与PP界面的改善程度是造成原位成纤复合材料熔体流动性降低的主要原因。(5)四种原位成纤复合材料中rPET微纤对PP基体的熔融行为影响不大,对PP的热结晶行为有显著影响,主要是以异相成核作用为主,PP基体热结晶峰峰顶温度比纯PP高出9℃左右。RC的加入对原位成纤复合材料中的rPET的熔融行为、热结晶行为均有一定影响,RC的加入方式不同,影响程度不同,其中增容两步法2的影响程度最大。与不加增容剂PP/rPET相比,PP/A-rPET/RC中rPET的熔融峰顶温度、热结晶峰顶温度分别向低温偏移7.4℃和20.5℃。