注塑工藝制備二氧化硅/熱塑性淀粉復(fù)合材料
發(fā)布時間：2021-09-24 21:58
通過溶膠-凝膠法首先合成了二氧化硅微球,與玉米淀粉和甘油直接混合后,先用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒,再用注塑工藝制備了二氧化硅/熱塑性玉米淀粉復(fù)合材料（SiO2/TPS）,研究了共混體系中不同含量的SiO2對復(fù)合材料的力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度）、動態(tài)力學(xué)性能（DMA）、以及流變加工性能（轉(zhuǎn)矩流變）的影響。結(jié)果表明,隨著共混體系中SiO2含量的增加,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、次級松弛轉(zhuǎn)變溫度呈先上升后下降的趨勢,在SiO2含量為2%時,性能達(dá)到最佳,分別為8.78 MPa、14.85 kJ/m2和53.64℃,而轉(zhuǎn)矩流變曲線表明,此時具有較高的峰值轉(zhuǎn)矩,復(fù)合材料的加工成型性能有所下降。
【文章來源】：塑料. 2017,46(04)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：4 頁
【部分圖文】：
SiO2含量對SiO2/TPS復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
/TPS復(fù)合材料沖擊性能的影響，由圖可以看出，材料的沖擊強(qiáng)度隨著SiO2含量的增加先上升后下降，與拉伸強(qiáng)度曲線的趨勢一致。在SiO2含量為2.0%時，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值14.85kJ/m2。當(dāng)SiO2含量小于2.0%時，在沖擊載荷的作用下，SiO2能誘發(fā)淀粉基體產(chǎn)生銀紋，吸收能量并阻礙裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)大，從而能夠大幅度提高復(fù)合體系的沖擊強(qiáng)度。而當(dāng)SiO2大于2.0%，由于SiO2在淀粉基體中含量過高，且顆粒較小，表面能高，容易分散不均勻而發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度不增加反而顯著下降。圖2SiO2含量對SiO2/TPS復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響2.3SiO2含量對復(fù)合材料動態(tài)力學(xué)性能的影響SiO2/TPS復(fù)合材料的儲能模量(E')和損耗因子(tanδ)隨溫度變化的曲線，如圖3所示。由圖3(a)可以看出，復(fù)合材料的儲能模量均隨溫度升高而減小，且變化趨勢基本相同。當(dāng)溫度較低時，復(fù)合材料處于在玻璃態(tài)區(qū)間，由于SiO2與淀粉基體間的作用力，復(fù)合材料的儲能模量隨著SiO2含量的增加而增加。從圖3(b)可以看出，復(fù)合材料體系中主要出現(xiàn)了兩個峰，分別大致對應(yīng)－45℃的低溫峰(Tα)，它代表淀粉的次級松弛，并且對應(yīng)于甘油富集區(qū)域的次級轉(zhuǎn)變，而在50℃左右出現(xiàn)的高溫峰(Tβ)，它代表淀粉富集區(qū)域的主轉(zhuǎn)變。表1為不同SiO2含量復(fù)合材料的轉(zhuǎn)變溫度，根據(jù)損耗因子(tanδ)隨溫度變—24—郭斌等———注塑工藝制備二氧化硅/熱塑性淀粉復(fù)合材料塑料2017年46卷第4期??????????????????????????????????????????????????
2.5%、3.0%。從圖4(a)、(b)中可以看出，隨著鋁酸酯用量的增加，拉伸性能和沖擊強(qiáng)度均表現(xiàn)為先上升后趨于平緩。這是因為CaCO3與PBS基體樹脂的親和性較差［10－13］，會因分散不均導(dǎo)致復(fù)合材料性能變差，加入偶聯(lián)劑可改善CaCO3的表面性能，在復(fù)合材料中起到黏合劑的作用，可以有效地改善CaCO3與PBS基體的相容性，增大二者的界面結(jié)合強(qiáng)度，但偶聯(lián)劑的用量并不是越多越好［14－15］，加入量過多時，會產(chǎn)生過盈效果，過量的偶聯(lián)劑不僅起不到偶聯(lián)效果，相反會成為體系的雜質(zhì)，增加復(fù)合材料的生產(chǎn)成本［8］。從圖4(c)可以看出，鋁酸酯用量不同時，其降解性能差異不大。綜合考慮偶聯(lián)劑的成本及其添加量對復(fù)合材料力學(xué)性能和降解性能的影響，因此鋁酸酯用量為1.5%時，效果較好。(a)拉伸性能;(b)沖擊強(qiáng)度;(c)降解性能。圖4鋁酸酯用量對復(fù)合材料性能的影響3結(jié)論1)鋁酸酯偶聯(lián)劑對復(fù)合材料性能的提升效果最明顯;CaCO3用量增加時，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和降解性能上升，斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度下降;鋁酸酯用量對降解性能影響不大，但鋁酸酯用量增加時，拉伸性能和沖擊強(qiáng)度先上升后趨于平緩。2)當(dāng)PBS和CaCO3質(zhì)量配比為7∶3，鋁酸酯用量為1.5%時，復(fù)合材料的綜合性能比較好，能夠滿足使用要求，同時與純PBS相比，又能降低近30%的成本，使其推廣應(yīng)用更進(jìn)一步。參考文獻(xiàn):［1］崔春娜，黃繼濤，何陽．聚丁二酸丁二醇酯/碳酸鈣復(fù)合材料老化研究［J］．塑料科技，2013，41(11):74－77．［2］廖才智．生物降解性塑料PBS的研究進(jìn)展［J］．塑料科技，2010，38(7):93－98．［3］TACHIBANAY，MASUDAT，F(xiàn)UNABASHIM，etal．Chemicalsynthesisoffullybiomass-basedpoly(butylenesuccinate)frominedible-biomass-
本文編號：3408504
【文章來源】：塑料. 2017,46(04)北大核心CSCD
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【部分圖文】：
SiO2含量對SiO2/TPS復(fù)合材料力學(xué)性能的影響
/TPS復(fù)合材料沖擊性能的影響，由圖可以看出，材料的沖擊強(qiáng)度隨著SiO2含量的增加先上升后下降，與拉伸強(qiáng)度曲線的趨勢一致。在SiO2含量為2.0%時，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值14.85kJ/m2。當(dāng)SiO2含量小于2.0%時，在沖擊載荷的作用下，SiO2能誘發(fā)淀粉基體產(chǎn)生銀紋，吸收能量并阻礙裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)大，從而能夠大幅度提高復(fù)合體系的沖擊強(qiáng)度。而當(dāng)SiO2大于2.0%，由于SiO2在淀粉基體中含量過高，且顆粒較小，表面能高，容易分散不均勻而發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度不增加反而顯著下降。圖2SiO2含量對SiO2/TPS復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的影響2.3SiO2含量對復(fù)合材料動態(tài)力學(xué)性能的影響SiO2/TPS復(fù)合材料的儲能模量(E')和損耗因子(tanδ)隨溫度變化的曲線，如圖3所示。由圖3(a)可以看出，復(fù)合材料的儲能模量均隨溫度升高而減小，且變化趨勢基本相同。當(dāng)溫度較低時，復(fù)合材料處于在玻璃態(tài)區(qū)間，由于SiO2與淀粉基體間的作用力，復(fù)合材料的儲能模量隨著SiO2含量的增加而增加。從圖3(b)可以看出，復(fù)合材料體系中主要出現(xiàn)了兩個峰，分別大致對應(yīng)－45℃的低溫峰(Tα)，它代表淀粉的次級松弛，并且對應(yīng)于甘油富集區(qū)域的次級轉(zhuǎn)變，而在50℃左右出現(xiàn)的高溫峰(Tβ)，它代表淀粉富集區(qū)域的主轉(zhuǎn)變。表1為不同SiO2含量復(fù)合材料的轉(zhuǎn)變溫度，根據(jù)損耗因子(tanδ)隨溫度變—24—郭斌等———注塑工藝制備二氧化硅/熱塑性淀粉復(fù)合材料塑料2017年46卷第4期??????????????????????????????????????????????????
2.5%、3.0%。從圖4(a)、(b)中可以看出，隨著鋁酸酯用量的增加，拉伸性能和沖擊強(qiáng)度均表現(xiàn)為先上升后趨于平緩。這是因為CaCO3與PBS基體樹脂的親和性較差［10－13］，會因分散不均導(dǎo)致復(fù)合材料性能變差，加入偶聯(lián)劑可改善CaCO3的表面性能，在復(fù)合材料中起到黏合劑的作用，可以有效地改善CaCO3與PBS基體的相容性，增大二者的界面結(jié)合強(qiáng)度，但偶聯(lián)劑的用量并不是越多越好［14－15］，加入量過多時，會產(chǎn)生過盈效果，過量的偶聯(lián)劑不僅起不到偶聯(lián)效果，相反會成為體系的雜質(zhì)，增加復(fù)合材料的生產(chǎn)成本［8］。從圖4(c)可以看出，鋁酸酯用量不同時，其降解性能差異不大。綜合考慮偶聯(lián)劑的成本及其添加量對復(fù)合材料力學(xué)性能和降解性能的影響，因此鋁酸酯用量為1.5%時，效果較好。(a)拉伸性能;(b)沖擊強(qiáng)度;(c)降解性能。圖4鋁酸酯用量對復(fù)合材料性能的影響3結(jié)論1)鋁酸酯偶聯(lián)劑對復(fù)合材料性能的提升效果最明顯;CaCO3用量增加時，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和降解性能上升，斷裂伸長率和沖擊強(qiáng)度下降;鋁酸酯用量對降解性能影響不大，但鋁酸酯用量增加時，拉伸性能和沖擊強(qiáng)度先上升后趨于平緩。2)當(dāng)PBS和CaCO3質(zhì)量配比為7∶3，鋁酸酯用量為1.5%時，復(fù)合材料的綜合性能比較好，能夠滿足使用要求，同時與純PBS相比，又能降低近30%的成本，使其推廣應(yīng)用更進(jìn)一步。參考文獻(xiàn):［1］崔春娜，黃繼濤，何陽．聚丁二酸丁二醇酯/碳酸鈣復(fù)合材料老化研究［J］．塑料科技，2013，41(11):74－77．［2］廖才智．生物降解性塑料PBS的研究進(jìn)展［J］．塑料科技，2010，38(7):93－98．［3］TACHIBANAY，MASUDAT，F(xiàn)UNABASHIM，etal．Chemicalsynthesisoffullybiomass-basedpoly(butylenesuccinate)frominedible-biomass-
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