樹脂酸表面處理絹云母增強(qiáng)回收高密度聚乙烯的研究

陳正年，陶祝慶，肖 浪，王 強(qiáng)，劉兆亮

（南京工程學(xué)院材料工程學(xué)院，江蘇 南京211167）

0 前言

本文采用樹脂酸等對(duì)絹云母粉進(jìn)行表面處理后，與RPE、聚乙烯蠟等熔融共混制備高濃度絹云母粉的RPE增強(qiáng)母料，將母料與RPE共混后制備RPE／絹云母復(fù)合材料，用于大型波紋管或中空纏繞管生產(chǎn)用原料，實(shí)現(xiàn)了廢棄PE-HD的回收再利用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

RPE，牛奶瓶粉碎回收料，江蘇圣通環(huán)境工程公司；

樹脂酸、絹云母粉，工業(yè)級(jí)，市售；

聚乙烯蠟（PE蠟），YL-100，臨安華陽助劑廠。

1.2 主要設(shè)備及儀器

高速混合機(jī)，SHR-50A，江蘇張家港宏泓機(jī)械廠；

雙螺桿擠出機(jī)，TE-35，科倍?。苼啠┠暇C(jī)械有限公司；

雙輥開煉機(jī)，X（S）K-160-320，江蘇武進(jìn)協(xié)昌機(jī)械有限公司；

對(duì)用戶的請(qǐng)求進(jìn)行處理之后，就要建立與之相對(duì)應(yīng)的任務(wù)的應(yīng)用本體，并且執(zhí)行對(duì)相關(guān)知識(shí)源的連接操作。已創(chuàng)建的應(yīng)用本體可以在以后用來完成其他類似的任務(wù)。在本案例中所創(chuàng)建的應(yīng)用本體就是如圖4所示的應(yīng)急物流管理本體。

懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)，Zwick 5113，德國Zwick／Roell公司；

電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，Zwick／Roell Z010，德國Zwick／Roell公司；

靜力彎曲試驗(yàn)機(jī)，Instron 5500R，英國Instron公司；

熔體流動(dòng)速率測(cè)定儀，Ceast 7026，意大利Ceast公司；

差示掃描量熱儀（DSC），DSC204C，德國 Netzsch公司；

掃描電子顯微鏡（SEM），JSM-6360LV，日本島津公司。

1.3 樣品制備

增強(qiáng)母料的制備：將絹云母粉加入高速混合機(jī)，105℃預(yù)熱5～10min；加入分散劑PE蠟、RPE、樹脂酸攪拌約2min后出料，采用雙螺桿擠出機(jī)共混制得RPE增強(qiáng)母料，一區(qū)～七區(qū)溫度分別為：150、190、190、190、190、180、170℃，機(jī)頭為190℃，母料中云母的含量約為70%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）；

RPE／絹云母復(fù)合材料的制備：將RPE粒料和增強(qiáng)母料混勻，145℃條件下在雙輥開煉機(jī)上混煉8min后，在138～145℃條件下壓制成4.0mm的RPE／絹云母復(fù)合材料片材，在萬能制樣機(jī)上制成標(biāo)準(zhǔn)缺口沖擊、拉伸樣條及彎曲樣條。

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

沖擊性能按GB／T 1843—1996進(jìn)行測(cè)試，A型缺口，缺口深度為8mm；

拉伸性能按GB／T 1040—1992進(jìn)行測(cè)試，拉伸速率為50mm／min；

彎曲性能按GB／T 1042—1992進(jìn)行測(cè)試，彎曲跨度60mm，形變速率2mm／min；

熔體流動(dòng)速率按GB／T 3682—2000進(jìn)行測(cè)試，負(fù)荷5kg，溫度190℃；

DSC分析：在高純氮?dú)夥障?，先?0℃／min的升溫速率由40℃升溫至200℃，恒溫5min，然后以10℃／min的速率降至50℃；再以10℃／min的速率升溫至200℃；

沖擊試樣斷面噴金后，用SEM觀察其微觀形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 樹脂酸用量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

圖1 樹脂酸用量對(duì)RPE／絹云母復(fù)合材料力學(xué)性能的影響Fig.1 Effect of contents of resin acid on mechanic properties of RPE／sericite composites

由圖1可見，絹云母含量為15%的RPE／絹云母復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均隨樹脂酸用量的增加而逐漸提高，當(dāng)樹脂酸用量達(dá)到最大值8份時(shí)，復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度為4.58kJ／m2，拉伸強(qiáng)度為28.6MPa，彎曲強(qiáng)度為31.8MPa；繼續(xù)增加樹脂酸用量，復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度則明顯下降。當(dāng)樹脂酸用量少時(shí)，云母粉表面包覆不完全，云母粉未包覆部分與RPE基體結(jié)合差。隨著改性劑用量的逐漸增加，云母粉表面包覆面逐漸增大，改性效果不斷地變好，故復(fù)合材料力學(xué)性能逐漸提高。當(dāng)樹脂酸用量在6～8份時(shí)，云母粉表面完全包覆，復(fù)合材料力學(xué)性能最佳。隨著樹脂酸用量的繼續(xù)增加，覆蓋于云母粉的表面改性劑包覆層變厚，使得云母片相對(duì)于RPE基體在外力作用下容易發(fā)生滑移，故復(fù)合材料力學(xué)性能會(huì)明顯下降。因此，樹脂酸改性絹云母的用量在6～8份之間效果佳。

2.2 絹云母粉用量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

由圖2可知，隨著絹云母（處理云母的樹脂酸用量為6份）含量的增加，復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度先升后降，在云母粉含量為15份時(shí)達(dá)到最大值，為4.08kJ／m2，說明云母粉對(duì)RPE有一定增韌作用；而拉伸強(qiáng)度呈線性下降趨勢(shì)，說明絹云母粉的加入對(duì)RPE拉伸性能具有不利影響；彎曲強(qiáng)度先提高后下降，當(dāng)絹云母用量為25份時(shí)達(dá)到30.8MPa，說明適量的絹云母對(duì)RPE剛性有明顯的增強(qiáng)作用。綜合復(fù)合材料的力學(xué)性能可得，用于增強(qiáng)RPE的云母合適用量應(yīng)為約15份。

圖2 絹云母粉用量對(duì)RPE／絹云母復(fù)合材料力學(xué)性能的影響Fig.2 Effect of contents of sericite powder on mechanic properties of RPE／sericite composites

2.3 絹云母用量對(duì)復(fù)合材料熔體流動(dòng)性的影響

由表1可見，與純RPE相比，RPE／絹云母復(fù)合材料的熔體流動(dòng)速率變化不大，約為2.0g／10min，流動(dòng)性變化不大，因此，對(duì)中空擠出纏繞成型不會(huì)造成影響。

2.4 RPE／絹云母復(fù)合材料的微相結(jié)構(gòu)分析

圖3（a）可見斷面為“鱗片”狀，且存在拉絲結(jié)構(gòu)，說明RPE材料在沖擊時(shí)斷裂面出現(xiàn)了塑性流動(dòng)，具有良好韌性。圖3（b）中絹云母片懸浮在RPE基體中，間隙明顯，在沖擊作用時(shí)發(fā)生脫落，說明絹云母片與RPE基體不相容，在沖擊時(shí)成為應(yīng)力集中點(diǎn)，使得材料更容易破壞，導(dǎo)致沖擊韌性大幅下降。圖3（c）中樹脂酸改性的絹云母片與RPE基體連成一體，樹脂酸上羧基與絹云母表面大量的羥基作用，在云母與RPE相間充當(dāng)黏合層，起到改善絹云母與RPE基材的相容性作用，可明顯提高PRE復(fù)合材料的沖擊性能。另外，云母粉均勻分散于RPE基體中，絹云母片在RPE基體中以片狀形態(tài)存在，無板塊聚集體存在，說明片狀絹云母粉在RPE基體中具有良好的分散性。

表1 RPE及RPE／絹云母復(fù)合材料的熔體流動(dòng)速率Tab.1 Melt flow rate of RPE and RPE／sericite composites

圖3 樣品沖擊斷面的SEM照片F(xiàn)ig.3 SEM graphs for impact fracture surfaces of the samples

2.5 RPE／絹云母復(fù)合材料的DSC分析

由圖4可見，純RPE的起始結(jié)晶溫度（Tonset）為133.7℃，最快結(jié)晶溫度（Tmax）為115.7℃，復(fù)合材料的Tonset略有降低，Tmax有所提高，但影響均不明顯。與RPE材料熔融焓（ΔHm）相比，樹脂酸改性絹云母增強(qiáng)RPE復(fù)合材料的ΔHm變小，結(jié)晶度由59.4%下降到42.1%，說明樹脂酸改性絹云母的加入阻礙了RPE分子鏈規(guī)整排列，使得結(jié)晶度有一定程度的降低。DSC分析結(jié)果表明，改性云母粉對(duì)RPE結(jié)晶有阻礙作用，導(dǎo)致其結(jié)晶度降低。

圖4 純RPE和RPE／絹云母復(fù)合材料的DSC降溫曲線Fig.4 DSC cooling curves of pure RPE and RPE／sericite composites

表2 純RPE和RPE／絹云母復(fù)合材料的DSC參數(shù)Tab.2 DSC datas of pure RPE and RPE／sericite composites

3 結(jié)論

（1）隨著樹脂酸用量的增加，RPE／絹云母復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度先升后降，樹脂酸最佳用量為6～8份；隨著云母粉含量的增加，復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度先升后降，而拉伸強(qiáng)度則逐漸下降，云母粉合適用量為15%；

（2）樹脂酸改性絹云母片與RPE基體結(jié)合緊密且分散均勻，絹云母片在RPE基體中以片狀形態(tài)存在，無團(tuán)聚現(xiàn)象；

（3）樹脂酸改性絹云母粉對(duì)RPE結(jié)晶性影響不大；絹云母對(duì)RPE復(fù)合材料的熔體流動(dòng)性無明顯影響。

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