PVC发泡复合材料的制备与性能研究.pdf

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竹粉／PVC发泡复合材料的制备与性能研究龚新怀雷鹏飞赵升云陈良壁(武夷学院生态与资源12程学院．椭建武爽Ilj-351300)摘要：采用模压法制备了竹粉／聚氯乙烯(PVC)发泡复合材料．研究了邻苯二甲酸二辛酯(D()I)、发泡剂鸺氮二f{I觥眩(A【’)、竹粉、成核剂及成型压力对复合材料密度和力学性能的影响。结果表明：添加D()P使复合材料密度和十伸强度F降．断裂伸长率快速增大；AC发泡剂用量增加，复合材料密度减小；竹粉用量增加，复合材料密度增加。力学性能变蓐；纳米=氧化钛和轻质碳酸钙的添加能有效改善复合材料的性能，其最佳垌量为2份；复合材料最佳成型压力为6MPa关键词：竹粉聚氯乙烯发泡复合材料力学性能PreparationandPropertiesofBamboo／PVCFoamedCompositesGongXinhuaiI．eiPengfeiZhaoShengyunChenIAanghi(CollegeofEcologyandResourcesEngineering，WuyiUniversity，Wuyishan，Fujian，354300)Abstract：Bamboo／polyvinylchloride(PVC)foamedcompositeswerepreparedbycompressionmolding，theeffectsofD()P，ACfoamingagentdosage，bambooflour．nucleationagentsandmoldingpressureonthedensityandmechanicalpropertiesofthe()nlposileswereStudied．Theresultsshowthatthedensityandtensilestrengthofthefoamingcompositesdecrease，andelongationatbreakisimprovedwiththeadditionofI)()P．WhenACfoamingagentdosageincreases．thedensityofthefoamingcompositesdecreases．Thedensityincreasesandthemechanicalpropertiesdecreaseswiththedosageofbambooflourincreasing．TitanicoxideandlightcalciumcarbonateCaI1effectivelyimprovepropertiesofthefoamingcomposites．andtheoptimumamountis2phr．Thepropertiesofthefoamedcompositesshowbestwhenthemoldingpressureis6MPa。Keywords：bambooflour；polyvinylchloride；foamedc()nlposites；mechanicalproperties小塑发泡复合材料，不但可以有效克服木塑复察竹粉、加工助刺、发泡剂及成核刹川量等埘发泡合材料密度大、韧性低、成本高等缺点，同时具有比复合材料性能的影响．为竹塑复合材料新产品的开强度高、加工性能好、成本更低等优势，以及隔音隔发提供理论支持和技术指导。热功能，广泛应用于包装运输、建筑装饰、室内装潢等领域。目前国内外对于木塑发泡复合材料的研究已取得了较大进展’。但对竹塑发泡复合材料研究报道不多，主要集收稿日期：2O1312-02；修改稿收到日期：2014—06—28。巾在竹粉与聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等聚烯烃塑作者简介：龚新怀(1985)，讲师，在凄博士，主要研究方向料的复合上“。，但与聚氯乙烯(PVC)制备发泡复为生物质废弃物资源利用、高分子材料制备等Email：合材料相关研究报道甚少。wyugxh@163．com。下面选择PVC为塑料基体，竹粉为有机填充基金项目：福建省科技厅重点项目(2012N0027)；福建省大学生创新创业训练计划项目(201410397033)；武夷学院校料．偶氮二甲酰胺(AC)为化学发泡剂．利用塑炼一科研项目(Xl1209)。热压成型工艺，制备竹粉／PVC发泡复合材料，考2o1{．26(5)M()1)ERNPl_ASFICSPR()L’ESSIN【JANDAPPI．1A_rl()NS 龚新怀等．竹粉／Pvc发泡复合材料的制备与性能研究1试验部分表1DOP用量对竹粉／PVC发泡复合材料性能的影响DOP用量／断裂伸拉伸强度／密度／1．1主要原料质薰份长率，MPa(g·cm一。)竹粉，取白当地一家竹材加T厂，去除较105．398．9880．957多杂质，烘箱干燥后取150～840m保存备209．237．5620．805用；PVC，T业级，天津大沽化T股份有限公303O．422．6070，785司；马来酸酐接枝聚丙烯(PP一一MAH)，T业402．0640．674级，宁波北仑美塑新材料科技有限公司；邻苯5O1．1l30．574二甲酸二辛酯(DOP)、盐基硫酸铅、钛酸酯、从表l可知，随着D()P州量的增加，发泡复合硬脂酸、硬脂酸锌／硬脂酸钏、偶氮二甲酰胺材料断裂伸长率快速上升，托伸强度下降，密度呈(AC)、纳米二氧化钛、轻质碳酸钙等均为化现下降趋势。当DOP用量为50份时，复合材料的学纯。密度减小到0．574g／cm，拉伸强度下降为1．1131．2主要设备及仪器MPa，而断裂伸长率则增加到82．O4。这是由于电热恒温鼓风干燥箱，DHG一9075A，上海慧泰D()P作为增塑剂，其小分子渗入到PVC大分子链仪器制造有限公司；高速混色机，GH一50，深圳市嘉中，使大分子链相互隔离。PVC链分子间作用力减力豪机械设备有限公司；万能制样机，XWZY一1弱。分子链运动能力增强，表现为拉伸强度下降，断型。承德市万吉仪器仪表有限公司；开放式炼塑裂伸长率增加。此外，D()P的增加，发泡复合材料(胶)机，SKlfJ()，上海科创橡胶机械设备有限公加T性能改善，气泡更易产生并保留在熔体巾，泡司；平板硫化机，BI一6170A，实轮精密检测仪器有孑L数量增多，发泡复合材料密度下降。限公司；微机控制电子式万能实验机，WDW一2E，2．2发泡剂AO用量对发泡复合材料性能的影响中国济南试金集团有限公司。发泡剂AC是一种性能优良的塑料用发泡剂，1．3样品制备其热分解温度为195～220℃，通过添加活化剂可按设定配方加入预处理好的竹粉、PVC、偶联使其发泡温度降低到170℃左右，与PVC材料加剂、发泡剂等及其他各种助剂，高速混合均匀后，放丁温度一致。竹粉／PV发泡复合材料配方：PVC入预热到l40℃的双辊塑炼机中混炼均匀，冉转1f)()份，竹粉3O份，三盐基硫酸铅3份，D()P50入已预热好的硫化成型机中热压成型，成型温度份，钛酸酯、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钡各1份，18O℃，成型压力6MPa，热压时间5min，冷压时CPE7．5份。PP一一MAH6份，热压成型压力为4问3min。样品充分冷却后置于万能制样机上制MPa，考察AC用量对发泡复合材料性能的影响。备标准测试样条，待测。其结果如表2所示。1．4性能测试表2AC用量对竹粉／PVO发泡复合材料性能影响竹塑发泡复合材料的密度按GBT6343AC用量／断裂伸拉伸强度／密度／1995测试；发泡复合材料的力学性能按GB／T质量份长率，％MPa(g·cm一)10401992测试，拉伸速率5mm／min。2结果与讨论2．1DOP添加量对发泡复合材料性能的影响竹粉／PVC发泡复合材料配方为：PVC1OO份，三盐基硫酸铅3份，竹粉3O份，AC发泡剂4份，钛酸酯、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钡各1份，氯化聚乙烯(CPE)7．5份，PP_—MAH6份，热压压由表2可知，随着AC添加量的增加，竹塑发力为4MPa，考察了DOP添加量对发泡复合材料泡复合材料的密度呈现下降的趋势，当增加到6份性能的影响，其结果如表1所示。时，密度几乎不再减小。这是因为发泡剂增多。一·17·l}M⋯ODERNPL⋯ASTICSl现弋蝴加应用 旦发泡体系内的气泡成核后，必然会有更多的气体密度。综合考虑．确定竹粉添加量为30份。扩散到成核的泡孔中．泡孔增大，降低了材料的密2．4成核剂对发泡复合材料性能的影响度。但A用量超过一定值时。泡孑L开始互相泡沫塑料的制备过程一般包括3个阶段．主要结合，南闭孑L变为开孔．甚至泡孔连成片．造成泡孔是气泡核的形成、长大和泡体的固化定型。其中气规则性变差．气泡发生逃逸现象。所以发泡复合材泡核的形成阶段是关键，气泡核的形成显著影响气料的密度不冉下降。、。南表2还可以看出，随着泡的数量和分布。目前多采用添加成核剂的方法，AL、的加入，发泡复合材料的拉伸强度不断下降．以促进气泡核的形成。下面选取轻质碳酸钙、滑石断裂伸长率也逐步减小。这是由于AC分解放}fI粉、纳米二氧化钛3种成核剂，研究其对发泡复合大蛀热量造成熔体局部过热，引起泡孑L分布不均，材料发泡性能影响，其结果如图1及表4所示。制品力学性能下降。鉴于AC用量较大时，发泡复0．7合材料内部泡孑L会坍塌成片。因此综合考虑材料的力学性能和密度。确定发泡剂AC用量为4份。0．6一23竹粉用量对发泡复合材料力学性能的影响嚣·0．5竹粉，PV(、发泡复合材料配方：PVC1()(]份，盐基硫酸钋3份．D()P50份，钛酸酯、硬脂酸、静04硬脂酸锌、硬脂酸钡各1份，发泡剂A(、4份，CPE0．37．j份．PPMAH6份．热压压力为4MPa，研究竹粉填充量对发泡复合材料性能的影响。其结果表3所示。表3竹粉用量对竹粉／PVC发泡复合材料性能的影响图1成核剂用llmt~／PVC发泡复合材料性能影响表4成核剂对竹粉／PVC发泡复合材料力学性能影响成核荆用量／质最份项目配方012345从表3nI知．随着竹粉加I入量的增多，发泡复合材料的托伸强度先缓慢增大。然后冉减小，断裂仲长瞽逐步F降。这是【大1为竹粉作为一种增强、刚性的乍物质纤维成分．理论上能够增强发泡复合材从图1可知，成核剂纳米二氧化钛与轻质碳酸料强度．表现为发泡复合材料刚性增大，韧性下降，钙的加入能有效降低发泡复合材料的密度，并且在即发泡复合材料断裂伸长率下降．托伸强度得到提添加2份时，发泡复合材料的密度达到最小，分别高。但是竹粉与基体树脂极性不相容，竹粉用量的为0．380g／cm。和0．391g／cm。，与未添加成核剂进一步增加势必导致二者界面黏结性变差，现托时相比，密度分别下降了15．7％，l2．0。滑石粉伸强度下降。竹粉密度比塑料大，竹粉用量增的加入使发泡复合材料的密度增大了，这可能为多．必然使发泡复合材料密度逐步增大，同时也会滑石粉粒径太大，在界面处容易积聚过多气相，引使发泡复合材料发泡变得越来越闲难．产生的气泡起并泡现象，使密度增大。表明滑石粉不适宜作竹很难存留存材料内部．进一步增大了发泡复合材料塑发泡复合材料的发泡成核剂。现代尘利力口2应用)N(；AMNODDAEPRpNI_{P【、LATSIT()INC； 龚新怀等．竹粉／PVC发泡复合材料的制备与性能研究从表4可知，成核剂纳米二氧化钛、轻质碳酸d)纳米二氧化钛与轻质碳酸钙的加入能有钙和滑石粉的加入，发泡复合材料力学性都能得到效降低发泡复合材料的密度，提高发泡复合材料力一定程度的提高，纳米二氧化钛填充效果最好。成学性能，并且在添加2份时。发泡复合材料的密度核剂添加量为2份时．发泡复合材料的拉伸强度分分别为0．380g／cm和0．391g／cm．与未添加成别提高了42，29，19。核剂时相比，密度分别下降了15．7，12．0．拉25热压成型压力对发泡复合材料的影响伸强度分别提高了42，299／6；滑石粉的加入．一发泡复合材料配方为：PVC1()(】份．竹粉3O定程度上提高发泡复合材料的力学性能，但使发泡份，三盐基硫酸铅3份。T)()P50份，钛酸酯、硬脂复合材料密度增大了，故不适合做此发泡材料的成酸、硬脂酸锌、硬脂酸钡各l份．发泡剂AC4份．核剂。CPE7．5份，PP—g—MAH6份，探讨了成型压力对e)随着成型压力的增大，发泡复合材料密度发泡复合材料的影响，其结果见表5。呈现先减小后增大趋势，并在成型压力6MPa时达最小值。而托伸强度和断裂伸长率呈现先增大表5成型压力对竹粉／PVC发泡复合材料性能影响后减小趋势，并在成型压力6MPa时m现了最大值。Z75．131．290．67472．381．370．58683．611．42O．54[1j869·481-28O·61r，]l074．931．360．58[3]由表5可知．随着成型压力的增大，密度呈现先减小后增大趋势，并在成型压力为6MPa时达最小值。而拉伸强度和断裂伸长率呈现先增大后．减小趋势，在成型压力为6MPa时出现了最大值。这可能是由于成型压力太小。气体难以保存于熔体内。无法制备高发泡倍率材料；而当成型压力过高时，成核的泡孑L生长受到抑制，发泡倍率也不高。[J因此确定最佳成型压力为6MPa．此时发泡复合一～一～～一～一～一一一～一～～一．材料的断裂伸长率为83．619／5。拉伸强度为1．42MPa，密度为0．54g／cm。3结论[7]a)随着r)()P用量的增加。发泡复合材料于奇=伸强度下降，断裂伸长率快速上升，密度呈现下降r8]趋势。b)随着AC的添加量增加，竹塑发泡复合材料的密度呈现下降的趋势。当增加到6份时，密度几乎不再减小。c)随着竹粉加入量的增多，发泡复合材料密度增加。拉伸强度先缓慢增大．然后再减小．断裂伸长率逐步下降。·1)·