抛光废渣填充改性r-HIPS复合材料结构与性能的研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kldzn2004
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随着工业飞速发展,给人们带来便利的同时也还带来了诸多严重的问题,固体废弃物的处理是其中一个非常严峻的问题。大量的工业废渣,已严重影响到人类的生存环境,如何妥善处理这些固体废弃物成为当下重要的环保问题。结合对固体废弃物的回收处理,本论文以废旧高抗冲聚苯乙烯塑料(r-HIPS)为基体,选用目前废弃量巨大的、回收再利用较为困难的两种工业废渣—陶瓷抛光废渣(CPW)和人造大理石抛光废渣(AMPW)对r-HIPS塑料进行改性处理,在此基础之上,把CPW和AMPW应用到r-HIPS基木塑复合材料中,系统研究了复合材料的力学性能、热性能、熔体流动速率和阻燃性能等。论文首先利用扫描电镜、激光粒度分析仪、X射线衍射仪、热重分析、红外光谱等测试方法对CPW和AMPW的理化性质进行了表征。CPW是陶瓷抛光砖在切削、抛光、打磨等一系列工艺工序中产生的抛光废渣,它的主晶相是石英相,另外还有少量的莫来石相、SiC相和氧化镁相等,其粒径分布分布不均,中位径为12.76μm,CPW的最大热失重峰温度为483℃,700℃的热失重约1.5%,具有很强的耐热性。AMPW是人造大理石在抛光、打磨等加工过程产生的抛光废渣,主要成分是Al(OH)3和不饱和聚酯,热重分析计算出两组分含量分别约为63.0%和36.5%,其粒径分布较窄,中位径为8.64μm。将CPW作为无机填料改性r-HIPS塑料及r-HIPS基木塑复合材料。首先将CPW加入到r-HIPS塑料中进行改性,同时考察了多种界面改性剂对CPW/r-HIPS复合材料的影响。结果显示,随着CPW用量的增加,r-HIPS塑料的拉伸强度小幅下降,弯曲强度基本不变,缺口冲击强度下降,弯曲模量大幅上升;偶联剂KH550对CPW改性效果最好,当KH550用量为CPW的2%时,改性陶瓷抛光废渣(MCPW)用量为50phr时,r-HIPS复合材料的力学性能最优。在此基础上,把MCPW加入到r-HIPS基木塑复合材料中,其中r-HIPS用量为80phr,木粉(WF)用量为20phr,MCPW可显著提高木塑复合材料的弯曲性能。在多种增韧剂中,SEBS的效果最佳,加入15phr的SEBS能较好的提高r-HIPS复合材料的缺口冲击强度。维卡软化点测试和热重分析表明,r-HIPS塑料和r-HIPS基木塑复合材料两种体系的热性能均随着MCPW用量的增加而逐渐提高,起始热降解温度T5%、失重50%温度T50%和残余灰分均有一定提高。将AMPW作为填料改性r-HIPS塑料及r-HIPS基木塑复合材料。采用AMPW对r-HIPS塑料进行改性,同时考察了多种界面改性剂对AMPW/r-HIPS复合材料的影响。结果显示,钛酸酯偶联剂NDZ201的改性效果最优,且用量为AMPW的3%,改性的人造大理石抛光废渣(MAMPW)用量为40phr时,r-HIPS塑料力学性能最优。在此基础上,将MAMPW用于改性r-HIPS/WF(80/20)木塑复合材料,复合材料的拉伸强度和弯曲强度有小幅上升,弯曲模量上升明显,但缺口冲击强度有所下降。增韧剂SEBS的加入能很好的提高r-HIPS复合材料的缺口冲击强度,其最佳用量为15phr。AMPW的加入使r-HIPS塑料和r-HIPS基木塑复合材料两种体系的维卡软化点均有所提高,残余灰分增加。CPW和AMPW的加入都能较好的改善r-HIPS塑料的阻燃性能。随着CPW和AMPW用量的增加,r-HIPS塑料的水平燃烧速率逐渐下降,极限氧指数逐渐增加,点燃时间有所延长。以DOPO为主要原料,与KH560进行亲核加成反应,制备了既能改善填料与基体界面结合又有较好阻燃效果的多功能阻燃剂DOPO-KH560,并对其进行了表征。利用合成的DOPO-KH560对CPW和AMPW进行表面改性,并添加到r-HIPS塑料中,当DOPO-KH560用量为15%,DOPO-KH560改性的CPW用量为40phr时,或当DOPO-KH560用量为10%,DOPO-KH560改性的AMPW用量为60phr时,复合材料的阻燃性能达到V-2级,填料与树脂基体的界面结合得到了明显的改善,复合材料的力学性能得到提高。
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