硫酸钙晶须的表面改性及其在PA66中的应用研究

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硫酸钙晶须作为一种新型的高性能材料,相对传统的增强材料,有着较高的拉伸强度和弯曲强度以及较好的外观和吸附性能,是具有良好性能的改性增强材料。硫酸钙晶须因其出色的表面吸附性能和较高的工作温度被广泛应用于食品、工业废水过滤和耐火材料制备方面。硫酸钙晶须虽具有较高的力学性能,但由于其在潮湿环境下易水化而导致晶须结构的破坏,丧失增强能力,故硫酸钙晶须很少应用于工程塑料的增强改性。如能解决晶须水化难题,则可进一步拓宽硫酸钙晶须的应用范围,特别是在PA66等吸水性较强的工程塑料中的改性应用。针对以上内容,本文对硫酸钙晶须的表面改性和共混工艺做出了系统性的研究。  本文使用油酸钠对硫酸钙晶须进行了表面防水改性,并研究了改性温度、改性时间、油酸钠用量等因素对硫酸钙晶须表面改性效果造成的影响。结果表明:油酸钠对硫酸钙晶须的改性效果良好,能够有效封闭晶须表面水化点并阻止晶须水化,晶须的活化指数可达97%以上。在影响因素中,油酸钠的用量对晶须的活化指数影响最大,能够显著提高晶须的活化指数。改性温度方面,随着温度的提高,晶须的活化指数呈先上升后下降趋势。改性时间则对晶须的活化指数影响不大。  对硫酸钙晶须的表面基团进行了FTIR分析,结果表明:油酸钠在硫酸钙晶须表面先进行化学吸附形成油酸钙,再进行物理吸附形成牢固的油酸钠表面包覆层。谱图中油酸钠羰基基团的伸缩振动峰向低波段移动说明了晶须表面的钙离子有破坏油酸钠分子间氢键并与羰基发生络合的现象,该现象能够提供良好的的改性效果。  通过双螺杆挤出机制备了含改性硫酸钙晶须的PA66复合材料,并通过拉伸和冲击实验研究了加工温度、螺杆转速、晶须用量等因素对PA66复合材料综合性能的影响,发现这三个因素对复合材料的影响各不相同。结果表明:加工温度的上升和降低对复合材料的各项力学性能均有一定影响,280℃下加工所得PA66样条具有最高力学性能。螺杆的转速只影响加工效率,晶须的添加量对复合材料力学性能的影响呈现先上升后下降趋势,晶须的团聚是造成力学性能下降的主要原因。  通过SEM扫描显微镜对复合材料的断面进行了表征,以此为基础对材料中硫酸钙晶须的完整性对复合材料综合性能的影响进行了研究。结果表明:硫酸钙晶须根据其初始尺寸不同,共混后保留的长径比也不同。其整体长径比分布在3~10之间,保留越完整的晶须防水性越强,水化的速度也越慢。加入KH-550偶联剂可以使晶须与基体形成的界面层更加紧密,使拉伸强度提高,但同时会使界面层由韧性转变为脆性,降低了缺口冲击强度。
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