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1、胡圣飞,等:PVC/稻壳复合材料力学性能研究及应用553PVC/稻壳复合材料力学性能研究及应用胡圣飞彭少贤石彪赵敏张冲(湖北工业大学化学与环境工程学院,武汉430068)摘要研究了甲基丙烯酸甲酯(MMA)、硅烷偶联剂、弹性体及压力对聚氯乙烯(PVC)/稻壳复合材料力学性能的影响。结果表明,硅烷偶联剂、MMA表面改性剂均能有效改善PVC与稻壳间的界面相容性,其中硅烷偶联剂有利于提高材料的冲击性能,MMA则有利于提高材料的拉伸性能。经MMA改性后的稻壳加入(乙烯/辛烯)共聚物接枝马来酸酐(POE2g2MAH)、氯化聚乙
2、烯(PE2C)后,复合材料的冲击性能提高更大。同时通过提高压力并采用硅烷偶联剂与PE2C组合,经锥形双螺杆挤出机成型可以得到性价比高的木塑复合材料。关键词PVC稻壳表面改性力学性能稻壳作为一种丰富的可再生农作物资源在我国1.2主要设备、仪器广大农村除一部分作为饲料外很大一部分被焚烧处开炼机:SXK-160B×330型,中国福建永春轻理,对环境造成巨大危害。若将其与聚氯乙烯工机械厂;(PVC)复合制作木塑复合材料则是一种变废为宝的扫描电子显微镜(SEM):JSM-35C型,日本电好途径。但稻壳作为一种植物纤维性材料,
3、其纤维子株式会社;[1]短小,平均长度只有0.3mm,表面有毛刺、极不光微波反应器:实验室改制;滑,粒子间容易产生卡塞、搭桥,流动性差,属于不易锥形双螺杆挤出机:SJ53/118型,武汉泽琦塑流动的介质。同时稻壳的外表面覆盖有光滑、角质料机械有限公司。[2]1.3试样制备化的二氧化硅膜,形成了一种非极性的表层结构,与PVC的相容性差,从而表现为复合材料的力(1)偶联剂改性稻壳粉学性能不高。同时,在木塑复合材料制备过程中,亲在高速搅拌机中加入干燥后的稻壳粉,边搅拌水性的植物纤维与憎水性的PVC基体之间有着较边升温至9
4、0℃后加入硅烷偶联剂的乙醇溶液(硅烷偶联剂的质量分数为50%),搅拌8min,在100℃时大的界面能差,两者界面很难充分融合,而且稻壳表出料。面存在许多羟基,易于形成氢键聚集,导致植物纤维(2)MMA改性稻壳粉在PVC中不能均匀分散,这些植物纤维团聚体在外将在150℃下干燥3h的稻壳粉放入三口瓶中,力作用下容易导致应力集中,使得复合材料的物理盖上橡皮塞,抽真空达0.1MPa,维持30min;在真力学性能下降。因此植物纤维与PVC基体的界面空状态下用注射器注入含有引发剂过氧化二苯甲酰粘接状况是影响复合材料性能的关键因
5、素,界面粘[3-4](BPO)的MMA单体溶液。10min后恢复常压并将接强度决定了复合材料的强度。所以笔者采取其放入微波反应器中进行微波30min即可。对稻壳进行表面改性处理等方法来提高界面粘接强(3)复合材料的制备度,以期得到高性能PVC/稻壳复合材料。将硅烷偶联剂和MMA改性的稻壳粉分别与1实验部分PVC、热稳定剂、润滑剂等或再分别加入PE2C、POE21.1主要原料g2MAH在高速混合机中混合8min并在120℃出PVC、稻壳粉:市售;料,并于180℃开炼机上混炼8min,下片后立即将硅烷偶联剂:WD-20
6、,武汉大学有机硅公司;热物料放入压力成型机上进行压片。压力分别为甲基丙烯酸甲酯(MMA):分析纯,广州遂成化15、30MPa,时间3min。并将压片裁切成标准试样。工有限公司;1.4性能测试氯化聚乙烯(PE2C):135A,山东淄博塑料助剂SEM观察:取冲击断口制成2mm×2mm大小厂;(乙烯/辛烯)共聚物接枝马来酸酐(POE2g23湖北省自然科学基金项目(2003ABA084)、湖北省科技攻关项目(2006AA201C41)MAH):接枝率2.3%,自制。收稿日期:200920121056工程塑料应用2009年,
7、第37卷,第4期的试样粘于载物台上,真空溅射镀金后观察并拍照,加速电压25kV;拉伸性能按GB/T1040-1992测试;冲击性能按GB/T1043-1993测试。2结果与讨论2.1表面改性对复合材料力学性能的影响图1是表面改性对PVC/稻壳(100/40)复合材料冲击强度与拉伸强度的影响。从图1可以看出,稻壳粉未经表面改性时,复合材料的冲击性能与拉伸性能都较差。原因在于稻壳粉是一种含有大量纤维素的物质,纤维素大分子重复单元的每一个基环内含有3个羟基,这些羟基形成分子内氢健或分子间氢健,使纤维具有吸水性,而PVC具
8、有弱极性与疏水性,所以PVC与稻壳之间的相容性很差。了稻壳粉与PVC的相容性及其在PVC中的分散性,所以复合材料的力学性能明显提高。从图2b也可以看出,经硅烷偶联剂改性后稻壳粉与PVC的相容性得到良好改善,稻壳与PVC基体间结合紧密。用MMA改性稻壳粉,冲击强度不如硅烷偶联剂改性效果,但复合材料的拉伸强度却高于硅烷偶联剂(图1)。即硅烷偶联剂改性的稻壳粉对材
