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活性碳酸鈣填充改性PVC復(fù)合材料嚴(yán)海彪,潘國元(湖北工學(xué)院化學(xué)工程系,湖北武漢430068)〔摘要〕研究了不同種類、不同粒徑的碳酸鈣粒子經(jīng)新型磷酸脂包覆處理后,填充改性PVC復(fù)合材料的常溫和低溫力學(xué)性能,并用SEM對復(fù)合材料的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析.試驗(yàn)表明:重質(zhì)CaCO,經(jīng)活化處理填充PVC,其力學(xué)性能改善,粒徑越小其力學(xué)性能越好;納米活性CaC03對PVC復(fù)合材料有明顯增韌作用;隨活性CaC03用量增加,PVC復(fù)合材料低溫沖擊強(qiáng)度變化規(guī)律與常溫下變化規(guī)律相似.[關(guān)鍵詞」PVC;活性碳酸鈣;復(fù)合材料;力學(xué)性能〔中圖分類號〕TQ325.3〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕:A目前,PVC居世界上第二大通用塑料地位,其來源豐富,價(jià)格低廉,應(yīng)用廣泛,主要用作建筑結(jié)構(gòu)材料.PVC的缺點(diǎn)是脆性大、韌性差,經(jīng)過增韌改性,才具有使用價(jià)值.無機(jī)剛性粒子增韌PVC復(fù)合材料,是PVC改性的一種重要方法,已引起國內(nèi)外科技工作者的普遍關(guān)注[o-}}.筆者采用新型磷酸酷包覆處理不同種類、不同粒徑的碳酸鈣粒子,填充改性PVC,力圖獲得成本低、加工穩(wěn)定以及綜合性能優(yōu)良PVC復(fù)合材料.背景PVC-1000:工業(yè)級,武漢葛化集團(tuán)樹脂廠;新型磷酸醋:JM-},實(shí)驗(yàn)室自制;納米CaC03;50nm立方體,上海華明超細(xì)粉體有限公司;重質(zhì)CaC03SO。目、220。目,四川雅安名山化工材料廠.1主要原材料實(shí)驗(yàn)部分將CaCO3。投入到高速混合機(jī)中,升溫混合,待溫度達(dá)到100℃時(shí),除水7min,再投人用量為1.50u^-5%的新型磷酸醋,活化處理CaC035min,于7.10℃排料、冷卻、備用.
1.3CaCO:活化處理將PVC樹脂、助劑和活性CaC03稱量混合,投人到175℃的雙輥煉膠機(jī)上塑煉5min,拉片,再在180℃的平板硫化機(jī)上模壓4min,壓力為10MPa,最后,在萬能制樣機(jī)上制成標(biāo)準(zhǔn)樣條.1.4試樣制備力學(xué)性能:拉伸強(qiáng)度按GB/T1043-93在XL-100A型拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試;簡支梁缺口沖擊強(qiáng)度按GB/T1040-92在CPY-25型沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試.掃描電鏡分析:用ONSPUTER-JFC--lloo斷口分析濺射儀對材料的沖擊斷面噴金處理,然后,在JEOLJSM-35C型掃描電子顯微鏡下觀察.1.5性能測試與表征圖1為復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度與CaC03用量的關(guān)系.由圖1可知:隨著CaC03用量的增大,添加重質(zhì)CaCO3:的復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度呈逐步下降趨勢,在15份以后趨于平緩;活性CaCO3:的沖擊強(qiáng)度高于CaCO3的沖擊強(qiáng)度;活性納米CaC03的沖擊強(qiáng)度則在30份處出現(xiàn)最大峰值,且比純PVC高18000,即活性納米CaC03對PVC具有較好的增韌作用.由圖1還可以得到:CaC03的粒徑越小,復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度明顯增高,增韌作用越明顯.這可能是:復(fù)合材料受到一定的外力沖擊的時(shí)候,一方面,CaC03粒子的微細(xì)化,兩相界面比表面積急劇增大能吸收更多的能量;另一方面,CaCO3,微細(xì)粒子誘導(dǎo)基體產(chǎn)生更多的裂紋,吸收更多的沖擊功.2.7活化處理對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響結(jié)果與討論圖2為復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與CaC03用量的關(guān)系.由圖2可知:復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度隨著CaC03用量的增大呈線性下降,活性CaCO,的拉伸強(qiáng)度稍高于CaC03的拉伸強(qiáng)度,且CaC03的粒徑越小,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度越高.從圖3可以看出,隨著用量的增大,復(fù)合材料的低溫沖擊強(qiáng)度在25份以前與純PVC樣相近,在30份時(shí)出現(xiàn)一最大值,比純PVC樣高29.400,對于活性重質(zhì)碳酸鈣,隨用量的增加,復(fù)合材料的低溫沖擊強(qiáng)度開始時(shí)急劇降低,在巧份以后趨于平緩.同時(shí),還可看出:Ca-CO3,的粒徑越小,復(fù)合材料的低溫沖擊強(qiáng)度越大,與復(fù)合材料的常溫沖擊強(qiáng)度的變化規(guī)律相似.2.2復(fù)合材料的低溫性能圖4為PVC/活性CaCO3復(fù)合材料沖擊斷面形貌的SEM照片.由圖4可以看出:與2200目活性CaC03相比,活性納米CaC03在PVC基體分散更均勻,但有聚集現(xiàn)象,其粒徑為1}.m左右.CaC03粒子與PVC界面邊緣呈塑性變形狀,且斷面粗糙,為韌性斷裂(圖4(b)).而在圖4(a)中,重質(zhì)CaC03的粒徑大約(3-4)um,粒徑分布寬,兩相界面清晰,其斷面光滑,為脆性斷裂.由此可說明,納米CaCO3對PVC右轉(zhuǎn)桿增韌作用.
2.3復(fù)合材料微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)分析通過考察PVC/新型磷酸醋處理Caco:復(fù)合材料的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu),筆者可以得出如下結(jié)論.1)重質(zhì)CaCO,經(jīng)活化處理填充PVC,其力學(xué)性能改善,CaCO:的粒徑越小,其力學(xué)性能越好.2)活性納米C
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