再生PET原位成纤增强复合材料的研究

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随着全社会对绿色生态环境的广泛关注,以废旧资源回收和综合利用为核心的循环经济发展模式已成为世界发展的趋势。由于废聚酯瓶片料产量巨大,且具有较高的利用价值:其回收率达95%以上,在纺丝和吹塑等方面已得到广泛应用。近十余年,废聚酯瓶回收利用发展十分、迅猛,回收利用聚酯废旧料已成为各国的一项战略目标。为了进一步拓展废旧聚酯的应用领域,论文采用熔融挤出–热拉伸–淬火的工艺,制备了聚丙烯(PP)/再生聚酯瓶片(rPET)原位成纤增强改性材料;并将增强复合材料作为母料改性PP木塑复合材料,制备一种新型高性能环保材料。论文首先从加工工艺入手,通过优化不同的工艺流程和条件,制备出具有良好力学性能的原位成纤增强改性聚丙烯,并在此基础上考察了rPET的用量、相容剂、无机填料以及成核剂等添加剂的加入对PP力学性能的影响;最后采用差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)和熔融指数仪等分析测试手段,对原位成纤改性聚丙烯结构和性能的关系进行了表征。研究结果表明:在加工温度为260℃时,采用熔融挤出–热拉伸–淬火工艺,制备的rPET改性PP的力学性能得到大幅度提高;并且当rPET质量分数为15%时,材料的力学性能最优,相对于纯PP,拉伸强度提高了100%;相容剂、成核剂以及弹性体的加入可进一步提高复合材料的力学性能。结合SEM和DSC的测试发现,经熔融挤出–热拉伸–淬火工艺制备的改性PP中分散相rPET以长径比较好的微纤状态均匀分散在PP连续相中,且纤维具有良好取向;rPET纤维的存在可以提高材料的结晶度,使复合材料的结晶更加完善,也可诱导PP的结晶沿着纤维延伸的方向生长,生成横晶。复合材料中原位形成的rPET纤维有利于复合材料在受到外力作用时更好地传递应力,并且纤维结构的存在可改变材料的结晶结构从而提高改性PP的力学性能。本文还将rPET原位成纤的技术运用到制备高性能木塑复合材料中。首先采用原位成纤技术制备了PP/rPET增强母料,随后将母料添加到木塑复合体系中制备了一种高性能的rPET原位成纤增强木塑复合材料。论文系统地研究了不同加工工艺、母料的用量以及相容剂对木塑复合材料力学性能、结晶性能以及微观结构的影响。研究结果表明:三种不同加工工艺制取的木塑复合材料的力学性能不一样,其中在木塑复合体系中添加rPET/PP原位成纤增强母料时,复合材料的力学性能最佳,并且当母料的加入量为40%时,相对于直接添加rPET制取的木塑复合材料,无缺口冲击强度提高了2倍,拉伸强度和弯曲强度都得到大幅度提高。结合SEM和DSC测试发现,将rPET/PP原位成纤增强母料添加到木塑复合材料后,rPET在体系中保持了纤维结构,且纤维的存在有利于复合材料更好地传递应力,也可以改善复合材料的结晶结构,从而有利于复合材料力学性能的提高。复合材料的熔体流动速率测试和耐热性能测试表明,当PP/rPET原位成纤增强母料的加入量不超过20%时,母料的加入不会导致材料MFR降低,且母料的加入可提高木塑复合材料的维卡软化点温度,当母料含量为40%时,材料的维卡软化点温度提高了4℃。
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