接枝物含量对高层建筑用GF_PP复合材料性能的影响.pdf

PDF下载2023,52(7)65林永华.接枝层建筑用GF/PP复合材料性能的影响接枝物含量对高层建筑用GF/PP复合材料性能的影响林永华1 2（1.青岛理工大学，山东青岛266520；2.青建集团股份公司，山东青岛266520)摘要：为了提高高层建筑用材料的力学性能，采用熔融共混的方法，在玻璃纤维GF增强聚丙烯(PP)复合材料中加入马来酸酐接枝PP(PP-g-MAH)与马来酸酐接枝聚烯烃(POE-g-MAH)，分析接枝物含量对复合材料拉伸性能、弯曲性能以及冲击性能的影响。研究表明：当POE-g-MAH或PP-g-MAH的加入量为4g时，复合材料的流动性明显改善，达到了最大熔体流动速率。当基体中接枝物含量上升后，复合材料的拉伸强度表现为先增大后减小的变化趋势，弯曲强度以及弯曲弹性模量都出现了先增大后减小的变化趋势，并在含有4g接枝物时达到最大。当复合材料中接枝物含量增大后，含有POE-g-MAH接枝物的复合材料的冲击强度迅速增大。扫描电镜显示，加入接枝物后GF表面上存在明显附着物，CF和PP基体之间形成了良好相容性。关键词：聚丙烯；玻璃纤维；拉伸性能；弯曲性能；冲击性能中图分类号：TQ327:TB332文献标志码：A文章编号：1 0 0 1-7 0 5 4(2 0 2 3)0 7-6 5-0 3聚丙烯(PP)是一种具备高力学强度、良好化学稳定性以及低生产成本的热塑性聚合物材料，目前该材料在建筑领域获得了非常广泛的应用-3 。但是纯PP材料因具有较高的结晶度而成型收缩率过大，并表现出明显的低温脆性，使其力学性能相对于工程塑料来说依然存在较大差距，不能用于某些性能要求较高的领域。采用玻璃纤维(CGF)增强PP可以显著提高PP的刚度与耐腐蚀性并降低生产成本，进一步拓展PP材料的应用范围。但CF作为一种极性材料与非极性的PP之间无法形成良好的相容性，因此为了改善GF与PP之间的结合力，需要加入接枝PP作为增溶剂或对GF表面进行改性处理，从而更好地发挥GF对PP基体收缩的抑制作用 5-6 。例如，马来酸酐接枝PP(PP-g-MAH)可以用于改善PP和GF的相容性，从而提高GF/PP复合材料的力学强度，但会在一定程度上降低复合材料的冲击性能。采用CF/PP/弹性体/偶联剂虽然可以改善复合材料的冲击性能，但会降低复合材料的刚度，此外这一复合材料体系的制备工艺也过于复收稿日期：2 0 2 2-0 8-1 6修回日期：2 0 2 3-0 4-1 1作者简介：林永华(1 96 9一），男，天津人，硕士，董事长，研究方向为工程管理。杂7-9。改性PP的各项力学性能受到接枝物类型与接枝率的共同影响o-1，本文利用熔融共混的方式将马来酸酐接枝PP(PP-g-MAH)与马来酸酐接枝聚烯烃(POE-g-MAH)加入CF/PP复合材料中，比较分析了接枝物类型与含量对复合材料力学特性与相结构的影响。利用POE-g-MAH增容GF/PP复合材料，使复合材料拉伸性能、弯曲性能以及冲击性能都获得了显著提升。1试验1.1材料PP，型号PPHTO3，山东东方宏业化工有限公司。GF，型号5 0 8 A，安泰恒信新型保温材料有限公司。PP-g-MAH，型号QrevacCA100，麦科仪(北京)科技有限公司。POE-g-MAH，型号CMG9805，深圳市柯信长隆科技有限公司。1.2CF/PP复合材料的制备先按照GF与PP的质量比为2 0：8 0 的条件称量得到总质量为1 0 0 g的两种原料，混合均匀；之后在上述混合物中分别加入不同含量的POE-g-MAH与PP-g-MAH，加入PP-g-MAH试样表示为66合成纤维SyntheticFiberinChina2023年第5 2 卷第7 期MPP-x(表示加入的克数)，加入POE-g-MAH试样表示为MPOE-；采用双螺杆挤出机对上述混合物挤出造粒，将所得粒料放入8 0 鼓风干燥箱中烘干处理4h，接着利用注射成型方法制得测试样品。1.3性能测试对试样分别进行了熔体流动速率(MFR)测试、热变形(HDT)测试及热分析(DSC)测试，同时还测试了试样的拉伸强度、弯曲性能与冲击强度，并用扫描电镜(SEM)对试样的冲击断面进行了微观形貌表征。2结果与分析2.1CGF/PP复合材料的MFR和HDT表1 为GF/PP复合材料的MFR和HDT测试数据。由表1 可知，当试样中PP-g-MAH含量上升后，其MFR表现出先增加后降低的变化。这是由于在PP-g-MAH的制备阶段，PP基体发生了降解，引起接枝产物的分子质量也减小，这些小分子PP-g-MAH对于聚合物具有明显的增塑效果。由于POE-g-MAH属于非线型聚合物，对聚合物熔体流动产生抑制作用，因此当POE-g-MAH的添加量达到1 0 g时复合材料的MFR也只能达到0.3 5 g/min。由表1 可知，当POE-g-MAH或PP-g-MAH的加入量为4g时，复合材料的流动性获得明显改善，达到了最大的MFR，分别为0.3 8 g/min与0.42 g/min。表1 复合材料的MFR和HDT样品编号MFR/(gmin)HDT/PP0.2997PP/GF0.25119MPP-20.36133MPP-40.42113MPP-60.41110MPP-80.37107MPP-100.41107MPOE-20.30124MPOE-40.38123MPOE-60.35116MPOE-80.35111MPOE-100.35109由表1 的HDT测试数据可知，当复合材料中加入2 g的POE-g-MAH或PP-g-MAH时，对应的HDT最高。这是由于接枝物可以增强GF与PP之间的结合力，当复合材料发生变形时GF将会对PP基体的分子链运动造成明显的限制，从而提高HDT。当基体中接枝物比例不断增大后，复合材料的HDT随之降低，在同样的接枝物含量条件下，含有POE-g-MAH的复合材料比含有PP-g-MAH的具有更小的HDT下降幅度。2.2GF/PP复合材料的强度不同接枝物含量的GF/PP复合材料的拉伸强度如表2 所示。由表2 可知，当基体中接枝物含量上升后，试样的拉伸强度呈现先增大后减小的变化趋势。这是因为接枝物中的酸酐基团能够跟GF上的羟基形成化学键，从而使GF与PP基体之间的结合力提高，达到改善试样拉伸强度的效果，但当基体中含有的接枝物过多时，这些接枝物反而会变为分散相，并不能存在于GF和PP界面之间 2 1，从而引起复合材料力学性能的降低。表2 复合材料的拉伸强度单位：MPa接枝物质量/g接枝物0246810PP-g-MAH36.846.345.844.143.843.1POE-g-MAH36.746.145.142.541.640.5表3、4为不同接枝物含量的CF/PP复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量。由表3、4可知，当接枝物含量增大后，复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量都出现了先增大后减小的趋势，并在含有4g的接枝物时达到最大。此外，加入PP-g-MAH的复合材料的弯曲强度和弯曲弹性模量明显高于加入POE-g-MAH的。表3 复合材料的弯曲强度单位：MPa接枝物质量/g接枝物0246810PP-g-MAH42.855.659.859.258.858.0POE-g-MAH42.652.658.256.253.451.8表4复合材料的弯曲弹性模量单位：GPa接枝物质量/g接枝物0246810PP-g-MAH2.783.063.343.323.203.14POE-g-MAH2.782.843.202.862.742.62表5 显示了不同接枝物含量的GF/PP复合材料的冲击强度。由表5 可知，当接枝物含量增大后，下转第7 1 页2023,52(7)67林永华.接枝层建筑用CF/PP复合材料性能的影响含有POE-g-MAH接枝物的复合材料的冲击强度迅速增加。POE-g-MAH能够通过两方面的作用来提升复合材料的冲击强度：首先，POE-g-MAH可以增强GF和PP的结合力；其次，POE-g-MAH在较高含量下会在PP基体中形成分散状态，对基体产生弹性增韧作用，增加裂纹扩展途径。而PP-g-MAH接枝物虽然也能够发挥增容效果，但多余的PP-g-MAH无法发挥弹性增韧作用，反而会导致基体性能下降 1 3 表5 常温下复合材料的冲击强度单位：kJ/m接枝物质量/g接枝物0246810PP-g-MAH2.864.024.134.144.124.13POE-g-MAH2.864.124.685.025.465.962.3CF/PP复合材料的冲击断裂形貌图1 为添加接枝物前后的复合材料冲击断面的SEM图。由图1(a)可知，在未添加接枝物的复合材料的断面上有不均匀分布状态的CF，在试样断裂过程中形成了许多被拔出的GF。由图1(b)可知，添加PP-g-MAH-4接枝物的复合材料中，GF具有光滑表面，说明GF不能与PP基体形成良好的相容性。由图1(c)可知，添加POE-g-MAH-4接枝物的复合材料中，GF表面存在明显的附着物，其断裂面也与基体之间保持平齐状态，表明CF和基体之间形成了良好的相容性。a)(a)未添加接枝物；(b)添加PP-g-MAH-4；（c)添加POE-g-MAH-4图1 添加接枝物前后复合材料冲击断面的SEM照片3结语(1)当复合材料中POE-g-MAH或PP-g-MAH含量上升后，MFR先增大后减小，在加入量为4g时，复合材料的流动性获得明显改善，达到了最大的MFR。复合材料的HDT随着接枝物含量的增加而减低，含有POE-g-MAH的复合材料的HDT的下降幅度比含有PP-g-MAH的小。(2)当基体中接枝物含量上升后，复合材料的拉伸强度表现出先增大后减小的变化趋势，弯曲强度和弯曲弹性模量的变化趋势和拉伸强度一样，并在含有4g接枝物时达到最大。当复合材料中接枝物含量增大后，含有POE-g-MAH接枝物的试样冲击强度迅速增加。(3)由复合材料的冲击断面SEM照片可知，加入接枝物后GF表面上存在明显的附着物，GF和基体之间形成了良好的相容性。参考文献1崔梦杰，李伟，吴相国，等.PP/SiC导热高分子复合材料的制备及性能研究 J.塑料科技,2 0 1 8,46(4):5 4-5 7.2夏胜利.PP/EPDM-g-MAH/CaCO,晶须复合材料的性能研究.合成材料老化与应用,2 0 1 7,46(6):3 8-45.3罗建新，彭小慧，胡伟波，等.改性纳米TiO,的制备及其对聚丙烯的改性研究 J.塑料工业,2 0 1 7,45(1 2)：1 1 5-1 1 9.4程国君，章健，朱书玲，等.改性剂对连续玻璃纤维增强PP材料力学性能的影响 J.塑料工业,2 0 1 7,45(1 2):1 0 7-1 1 1.5夏胜利.POE-g-MAH和CaCO,协同增韧增强PP材料的研究 .塑料科技,2 0 1 7,45(1 2):2 2-2 7.6周仕龙,刘定谦，周子晨，等.PP/GO发泡复合材料的性能研究 J塑料科技,2 0 1 7,45(1 2):5 6-6 0.7王延伟，张雅琪，于翔，等.PP/纳米竹炭粉复合材料的结构与性能分析 J.塑料,2 0 1 7,46(5):98-1 0 2.8岳鹏飞，李利娜，李艳,等.PP/ES纤维导流层材料的制备与性能分析 J.合成纤维,2 0 2 1,5 0(4):2 6-3 0.9郭志昂，贺辛亥，张婷，等.RTM制备玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能分析 J.合成纤维,2 0 2 0,49(1):5 2-5 6.10杨芳，徐百平，杜遥雪.PP/EG/MWNTs导热复合材料试验对比 J塑料,2 0 1 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mechanical and durability changes of recycled concrete after adding basaltfibers,taking basalt fibers as the research object,through carrying out mechanical properties and dry shrink-age tests,from the perspective of compressive and flexural strength,dry shrinkage performance and chlorideion permeability resistance,the influence of basalt fibers mass fraction on recycled concrete was comparedand analyzed.The test results show that when the mass fraction of basalt fibers is less than 3%,the mechani-cal and durability properties of recycled concrete can be significantly improved;when the mass fraction ofbasalt fibers is more than 3%,the flexural strength,dry shrinkage and chloride ion permeability of recycledconcrete will not improve significantly with the continuous addition of fibers,and the compressive strengthwill decrease to a certain extent.Therefore,in order to achieve the best mechanical and durability improve-ment effect of recycled concrete,the mass fraction of basalt fibers should be 3%.Key words:recycled concrete,basalt fiber,mechanical property,drying shrinkage,resistance to chlorideion penetrationEffect of Graft Content on Properties of GF/PP Composites for High-Rise BuildingsLIN Yong-hua1,2(1.Qingdao Technological University,Qingdao 266520,Shandong,China;2.Qingjian Group Corporation,Qingdao 266520,Shandong,China)Abstract:In order to improve the mechanical properties of high-rise building materials,maleic anhydridegrafted polypropylene(PP-g-MAH)and maleic anhydride grafted polyolefin(POE-g-MAH)were added intoglass fiber(GF)reinforced polypropylene(PP)material by melt blending method,and the effects of the graftscontent on the tensile properties,bending properties and impact properties of the composites were analyzed.The results show that when the addition amount of POE-g-MAH or PP-g-MAH is 4 g,the composites fluid-ity is obviously improved and the maximum melt flow rate is reached.When the grafts content in the matrixincreases,the tensile strength of the composites increases first and then decreases,and the bending strengthand bending elastic modulus increase first and then decrease,and reach the maximum when the grafts con-tent is 4 g.The impact strength of the composites containing POE-g-MAH increases rapidly when the thegrafts content in the composites increases.Scanning electron microscopy shows that there is obvious adhe-sion on GF surface after adding grafts,and good compatibility between GF and PP matrix is formed.Key words:polypropylene,glass fiber,tensile property,bending property,impact property