松解法制备透闪石纤维及在PP填充中的应用研究

论文摘要

透闪石是一种纤维状硅酸盐矿物材料,作为低温快烧节能原料主要应用于陶瓷行业。但相关研究表明,具有一定长径比的矿物纤维对聚合物材料有增强作用,可以改善聚合物的力学性能。本文研究了一种松解法制备高长径比透闪石纤维,并通过表面改性处理,对PP树脂进行透闪石纤维填充实验,力学性能测试表明,松解法制备的透闪石纤维对树脂具有填充增强效果。通过对透闪石的松解研究发现,酸处理、表面活性剂,以及机械粉碎施力方式对透闪石长径比和单体纤维含量有显著影响。其中,具有渗透、分散作用的磷酸三钠、亚甲基二萘磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵等表面活性剂有利于透闪石的松解,且亚甲基二萘磺酸钠的效果最好；在粉碎施力方式中,以湿法剪切力为主的胶体磨具有很好的松解效果,而以碰撞、冲击为主要施力方式的其它干法磨机不利于透闪石晶型保护；而稀酸可以在一定程度上弱化纤维间的结合力,有助于透闪石的松解。通过表面活性剂种类、分散设备选择及松解工艺的优化实验,制备出的透闪石纤维长径比达到46.9,单体纤维含量为69%。通过对透闪石纤维的表面改性研究发现,硅烷偶联剂在活化度、沉降体积和粘度方面表现出较好的改性效果,且用量在1.2%时效果最佳。经红外和热分析发现,透闪石表面的羟基与硅烷偶联剂的硅醇基形成硅氧烷键,表明硅烷偶联剂与透闪石纤维表面发生了化学吸附,且硅烷偶联剂的化学吸附量为1.0%。通过透闪石纤维在PP中的填充研究发现,未改性的透闪石/PP复合材料的缺口冲击强度略有下降,但拉伸强度和弯曲强度有所提高；而改性后透闪石/PP复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲强度均有提高。当透闪石纤维填充量为20%时,与纯PP相比,透闪石/PP复合材料的拉伸强度提高了21.2%,缺口冲击强度提高了7.5%,弯曲强度提高了51.4%。最后,经与表面改性CaCO3填充PP的对比实验可知,在相同填充量下,透闪石／PP复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲强度均高于CaCO3/PP复合材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 透闪石简介
• 1.1.1 透闪石的结构特点
• 1.1.2 透闪石填料的研究现状
• 1.2 矿物粉体填充聚丙烯的相关研究
• 1.2.1 碳酸钙填充改性
• 1.2.2 云母填充改性
• 1.2.3 滑石填充改性
• 1.2.4 硅灰石填充改性
• 1.2.5 高岭土填充改性
• 1.3 矿物纤维概述
• 1.3.1 矿物纤维粉碎现状及技术要求
• 1.3.2 矿物纤维松解的相关研究及问题
• 1.4 粉体的表面改性
• 1.4.1 粉体表面改性方法
• 1.4.2 表面改性剂简介
• 1.5 聚合物基复合材料的界面
• 1.5.1 界面的形成与结构
• 1.5.2 界面作用理论
• 1.5.3 界面的作用
• 1.5.4 影响填料填充效果的主要因素
• 1.6 无机颗粒增强增韧机理
• 1.7 本课题研究目的及主要内容
• 第2章 松解法制备透闪石纤维
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料及设备
• 2.1.2 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 酸处理对透闪石纤维显微结构的影响
• 2.2.2 松解设备对透闪石松解效果的影响
• 2.2.3 磨盘间隙对松解效果的影响
• 2.2.4 分散剂种类对松解效果的影响
• 2.2.5 分散剂含量对松解效果的影响
• 2.2.6 松解时间对松解效果的影响
• 2.2.7 固液比对松解效果的影响
• 2.2.8 正交实验
• 2.3 本章小结
• 第3章 透闪石纤维的表面改性
• 3.1 原料及仪器
• 3.2 表面改性原理
• 3.3 表面改性方法
• 3.4 改性效果预评价方法
• 3.4.1 接触角法
• 3.4.2 活化度的测定
• 3.4.3 沉降体积的测定
• 3.4.4 粘度的测定
• 3.4.5 红外光谱分析
• 3.4.6 热重分析法
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 活化度分析
• 3.5.2 沉降体积分析
• 3.5.3 粘度分析
• 3.5.4 红外分析
• 3.5.5 热分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 透闪石/PP复合材料的性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验原料及设备
• 4.1.2 制备方法
• 4.1.3 力学性能测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 拉伸强度
• 4.2.2 缺口冲击强度
• 4.2.3 弯曲强度
• 4.3 不同填料对PP材料性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢