固相剪切碾磨法制备PVC/高岭土纳米复合材料

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聚氯乙烯(PVC)是世界上最早实现工业化生产的塑料品种之一,但PVC属于一种脆性材料,这种韧性差的缺陷大大地限制了PVC的进一步发展及广泛应用。因此,需要对PVC进行增强、增韧改性研究,以期得到高性能的PVC材料。利用磨盘形力化学反应器在室温和固相条件下制备PVC微粉。经碾磨处理后可使PVC固有的多层次结构和微晶结构破坏,粒度和分子量下降。经过40次碾磨处理,PVC粒径d(0.1)由84.29μm变为12.46μm;塑化时间从294s降至90s,塑化速率和熔融效率均有所提高,平衡扭矩从42.7Nm降至38.4Nm,加工性能得到明显改善;经过30次碾磨处理后断裂伸长率由57.00%提高到202.1%;经过15次碾磨处理后拉伸强度由49.50MPa提高到53.25MPa;经过10次碾磨处理后缺口冲击强度由3.91 kJ/m2提高到4.30 kJ/m2。利用磨盘形力化学反应器在室温和固相条件下制备了PVC/高岭土纳米复合粉体(FT-3)和PVC/膨胀高岭土纳米复合粉体(FT-4)。XRD和SEM分析表明:固相剪切碾磨产生的强大剪切、挤压、摩擦等作用引起PVC相和高岭土相的多种复杂的物理及化学变化,表现为高岭土粒径变小,粒子比表面积增加,PVC/高岭土界面相互作用增强。讨论了碾磨次数、高岭土含量、稀土稳定剂和增塑剂用量对PVC/高岭土纳米复合材料的力学性能影响。结果表明:碾磨次数为30次、高岭土含量为8%、稀土稳定剂含量为3%、微粉PVC含量为30%时复合材料力学性能最佳。与简单的填充复合方法相比,固相剪切碾磨技术制备的PVC/高岭土纳米复合材料的力学性能有较大的提高实现了增强增韧。SEM和TEM分析表明:经碾磨后部分高岭土以直径小于30nm且厚径比为10倍左右的纳米粒子均匀的分散在PVC基体中。热重分析可以看出复合材料的热稳定性要远远优于纯PVC材料,纯PVC材料在122℃时就开始失重,而复合材料在156℃才开始失重,且失重率比纯PVC的要低7.12%。
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