聚合物基废弃物复合材料的制备与老化研究

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聚合物基废弃物复合材料(PMCMW)是复合材料的重要组成部分,它的独特之处在于它的原材料95%以上采用废弃物复合而成。它的制备工艺及应用研究是我国《社会发展科技计划》中的一个重点领域。 本文首先针对PMCMW基体—低密度聚乙烯(LDPE)薄膜的老化进行了实验及表征,进而对以此种废弃薄膜为基体,以工业废砂为增强材料的热塑性聚合物基废弃物复合材料进行了制备和老化稳定性实验。再次,针对工业粉尘,研究用不饱和聚酯树脂为基体,将它配以玻璃纤维作为增强材料同时添加固化剂等进行了热固性聚合物基废弃物复合材料工艺制备及强度的测试。主要结论如下: 1.对LDPE薄膜进行大气曝露老化、人工加速老化及高温热老化,周期取样,测定薄膜的拉伸强度、断裂延伸率,发现在薄膜老化初期,拉伸强度和断裂延伸率都表现为先增加后减小。红外光谱分析较清晰地表明了LDPE分子老化的微观特征变化:分子的断裂,氧化不明显;人工加速老化和高温热老化的作用后的分子老化特征,可初步表示LDPE薄膜的老化中后期特点:分子以断裂和支化为主,从而使氧的侵入更加容易,薄膜变色及变脆,拉伸强度、断裂延伸率等快速下降。而从DSC及TG曲线中则反映:随着老化的加深,LDPE的熔点及分解温度不断下降,热稳定性变差。 LDPE薄膜的老化是可以表征的,其中红外光谱分析是表征LDPE老化的一个有利手段和工具,它可以清晰地反映薄膜分子链的氧化、断裂及支化程度,另外,在老化的中后期,也可以用外观变化、断裂延伸率、拉伸强度、熔点等参数来进行表征。 通过以上实验及规律,发现已使用至少在4个月之内LDPE薄膜的老化并不严重,只是处于老化的初级阶段,完全可以作为热塑性PMCMW的基体。 2.收购使用不超过半年的LDPE农薄为PMCMW的基体,经破碎后与一定量的工业固体废砂混合,通过螺杆挤出机挤出,模压制块,制取PMCMW试块,测试试块的抗弯强度,发现在砂含量小于60%以内,复合材料的抗弯强度稳定,且能达20Mp以上,砂含量再增加时,材料的抗弯强度下降。其后,对不同废砂含量的材料进行高温热老化及人工加速老化,发现温度对材料的强度的提高有一定的作用,但处理温度不宜超过80℃,此时处理时间不宜超过9天,60℃的热处理对材料的抗弯强度及抗拉强度的保持更有利,但时间也不宜超过2星期。人工加速老化实昆明理工大学硕士研究生毕业学位论文摘要验会使材料强度大大下降,且废砂含量在50%范围内,砂含量的增加能使材料的抗老化速度变慢。 3.对废砂与塑料的质量百分比为1:1的PMCMW进行防光老剂1、防光老剂2的添加,一方面,对防光老剂1和防光老剂2作为颜料,观察其添加量对材料强度的影响,结果发现,防光老剂1、防光老剂2的添加量分别在3%和5%之内时对材料的强度影响不大;另一方面,对防光老剂1、防光老剂2作为紫外光屏蔽剂,观察它们对复合材料抗热及人工加速老化的性能,结果发现,防光老剂1和防光老剂的添加对减缓材料的老化速度有一定的作用。添加防光老剂1比添加防光老剂2的对材料的抗热及人工加速老化有效,而且防光老剂l的含量不宜超过2%。防光老剂2的抗老化作用比防光老剂1差,且含量不宜超过3%。添加防光老剂1对材料的抗老化作用是可以看到的。 4.用不饱和聚酷树脂(UP)(191和196)进行基体选择制备热固性聚合物基废弃物复合材料,发现以196为基体时,材料的机械性能更加稳定。添加不同量的粉尘和玻璃纤维,发现粉尘:UP质量比在3.5一5范围内,纤维质量百分含量在10%一15%时,复合材料的抗弯强度高。另外,预成型料的预热温度在65一75℃,预热时间在50一60min时对材料的强度较有利。另外模压压力,保压时间,脱模剂含量,交联剂的含量等等对复合材料的机械强度都有较大的影响,并有待进一步的探索。
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