接枝改性对HDPE基微波竹炭复合材料性能的影响
发布时间：2021-06-22 05:39
采用高密度聚乙烯（HDPE）作为基体树脂,微波改性竹炭作为填料,通过熔融接枝法制备了HDPE基微波竹炭复合材料,分析了顺丁烯二酸酐（MAH）、过氧化二异丙苯（DCP）的含量及比例,对复合材料静态、动态力学性能和热稳定性能的影响。静态力学性能结果表明,随着MAH、DCP含量的增加,HDPE基微波竹炭复合材料的力学性能呈先增大后降低的趋势;当MAH含量一定,MAH∶DCP比例为2∶0. 1时,HDPE基微波竹炭复合材料的力学性能较优。动态热机械分析仪（DMA）与热重分析仪（TGA）分析表明,MAH熔融接枝改性提高了HDPE与微波竹炭两相之间的界面作用力,有利于改善HDPE与微波竹炭的界面性能,与SEM分析结果一致;并且,还能提高复合材料在高温下的热稳定性。
【文章来源】：塑料. 2020,49(02)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
熔融接枝改性HDPE基微波竹炭复合材料的拉伸强度
图1 熔融接枝改性HDPE基微波竹炭复合材料的拉伸强度从图1、2、3中可以看出，随着MAH、DCP含量的增加，HDPE基微波竹炭复合材料的力学性能呈先逐渐增大后降低的趋势。当MAH为5份、DCP为0.25份时，复合材料的拉伸强度和冲击强度均达到最大值，与未接枝改性的1号试样相比，分别提高了20.46%和29.4%，弯曲强度也有较大的提高。这是由于，在开始阶段，随着MAH浓度的增大，它与大分子自由基接触机会增多，接枝机率增大，使HDPE与微波改性竹炭的相容性得到提升。当复合材料受到外力后，部分应力通过界面层由HDPE基体传递到微波竹炭，使刚性微波竹炭承担部分外界应力，使力学性能得到明显提高。另外，采用KOH微波活化法制备的竹炭，表面结构具有较大的修饰，增加了较多含氧基团，使炭粒与树脂之间有了较好的界面结合，增强了炭粒间以及炭粒与树脂之间的结合强度，使复合材料的力学强度得到明显改善。但是，随着MAH的用量增加，其与大分子自由基的接枝达到饱和，继续增加MAH用量，不仅不会使接枝率提高，反而会因为它与初级自由基的碰撞机会增加，出现笼蔽效应或者副反应，使自由基自聚反应增加，部分MAH被直接挤出，导致接枝率明显下降，使力学性能呈先逐渐增大后降低的趋势。
从图1、2、3中可以看出，随着MAH、DCP含量的增加，HDPE基微波竹炭复合材料的力学性能呈先逐渐增大后降低的趋势。当MAH为5份、DCP为0.25份时，复合材料的拉伸强度和冲击强度均达到最大值，与未接枝改性的1号试样相比，分别提高了20.46%和29.4%，弯曲强度也有较大的提高。这是由于，在开始阶段，随着MAH浓度的增大，它与大分子自由基接触机会增多，接枝机率增大，使HDPE与微波改性竹炭的相容性得到提升。当复合材料受到外力后，部分应力通过界面层由HDPE基体传递到微波竹炭，使刚性微波竹炭承担部分外界应力，使力学性能得到明显提高。另外，采用KOH微波活化法制备的竹炭，表面结构具有较大的修饰，增加了较多含氧基团，使炭粒与树脂之间有了较好的界面结合，增强了炭粒间以及炭粒与树脂之间的结合强度，使复合材料的力学强度得到明显改善。但是，随着MAH的用量增加，其与大分子自由基的接枝达到饱和，继续增加MAH用量，不仅不会使接枝率提高，反而会因为它与初级自由基的碰撞机会增加，出现笼蔽效应或者副反应，使自由基自聚反应增加，部分MAH被直接挤出，导致接枝率明显下降，使力学性能呈先逐渐增大后降低的趋势。当MAH含量一定，MAH∶DCP比例为2∶0.1时，HDPE基微波竹炭复合材料的力学性能整体优于比例为1∶0.1或3∶0.1。这是由于，随着DCP含量(即MAH∶DCP比例降低)的增加，DCP引发HDPE产生大分子自由基，并逐渐增加，不断与MAH分子参加反应，接枝机率逐渐增大。随着DCP含量的逐渐增大，其受热分解产生的自由基与HDPE链反应将达到最大值，此时接枝率达到最大值。当继续增加DCP含量时，由于生成的自由基过多，与HDPE链反应生成大分子自由基的同时发生交联反应，导致HDPE链断裂，发生降解反应，使复合材料的力学性能降低。因此，在MAH∶DCP比例为2∶0.1时，复合材料的力学性能达到最佳。
【参考文献】：
期刊论文
[1]竹炭吸附铜唑对竹塑复合材料防护性能的影响[J]. 陈琦,覃道春,张融. 林产工业. 2018(10)
[2]吸附热在竹炭吸附性能快速评测中的应用[J]. 潘炘,庄晓伟,陈顺伟. 浙江林业科技. 2018(02)
[3]竹炭/环氧聚酯复合材料的电磁屏蔽性能研究[J]. 陈茂军,李文珠,倪忠进,徐文张武. 竹子学报. 2018(01)
[4]PP/纳米竹炭粉复合材料的结构与性能分析[J]. 王延伟,张雅琪,于翔,卞磊,秦刚,徐茜. 塑料. 2017(05)
[5]竹炭粒径对吸附有害物质的影响[J]. 王晓旭,李倩,言彬. 上海计量测试. 2017(02)
[6]竹林在环境保护中的应用研究综述及展望[J]. 孙琪琛,王甫洋. 中国人口·资源与环境. 2016(S1)
[7]粉末竹炭的电阻率及与EVA复合材料电磁屏蔽效能探索[J]. 陈茂军,李文珠,蔡云杰,王晓桐,张文标. 竹子研究汇刊. 2015(04)
[8]竹炭及其改性产品作为生物载体的应用研究[J]. 胡萃,邹小明,张树聪,黄翔峰. 环境工程学报. 2015(07)
[9]竹质纤维-HDPE复合材料的力学和热性能研究[J]. 任文涵,张丹,王戈,李文燕,程海涛. 北京林业大学学报. 2014(04)
[10]KOH微波活化法处理竹炭的研究[J]. 高龙兰,刘玉环,罗爱香,罗洁,阮榕生. 林产化学与工业. 2009(01)
本文编号：3242235
【文章来源】：塑料. 2020,49(02)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
熔融接枝改性HDPE基微波竹炭复合材料的拉伸强度
图1 熔融接枝改性HDPE基微波竹炭复合材料的拉伸强度从图1、2、3中可以看出，随着MAH、DCP含量的增加，HDPE基微波竹炭复合材料的力学性能呈先逐渐增大后降低的趋势。当MAH为5份、DCP为0.25份时，复合材料的拉伸强度和冲击强度均达到最大值，与未接枝改性的1号试样相比，分别提高了20.46%和29.4%，弯曲强度也有较大的提高。这是由于，在开始阶段，随着MAH浓度的增大，它与大分子自由基接触机会增多，接枝机率增大，使HDPE与微波改性竹炭的相容性得到提升。当复合材料受到外力后，部分应力通过界面层由HDPE基体传递到微波竹炭，使刚性微波竹炭承担部分外界应力，使力学性能得到明显提高。另外，采用KOH微波活化法制备的竹炭，表面结构具有较大的修饰，增加了较多含氧基团，使炭粒与树脂之间有了较好的界面结合，增强了炭粒间以及炭粒与树脂之间的结合强度，使复合材料的力学强度得到明显改善。但是，随着MAH的用量增加，其与大分子自由基的接枝达到饱和，继续增加MAH用量，不仅不会使接枝率提高，反而会因为它与初级自由基的碰撞机会增加，出现笼蔽效应或者副反应，使自由基自聚反应增加，部分MAH被直接挤出，导致接枝率明显下降，使力学性能呈先逐渐增大后降低的趋势。
从图1、2、3中可以看出，随着MAH、DCP含量的增加，HDPE基微波竹炭复合材料的力学性能呈先逐渐增大后降低的趋势。当MAH为5份、DCP为0.25份时，复合材料的拉伸强度和冲击强度均达到最大值，与未接枝改性的1号试样相比，分别提高了20.46%和29.4%，弯曲强度也有较大的提高。这是由于，在开始阶段，随着MAH浓度的增大，它与大分子自由基接触机会增多，接枝机率增大，使HDPE与微波改性竹炭的相容性得到提升。当复合材料受到外力后，部分应力通过界面层由HDPE基体传递到微波竹炭，使刚性微波竹炭承担部分外界应力，使力学性能得到明显提高。另外，采用KOH微波活化法制备的竹炭，表面结构具有较大的修饰，增加了较多含氧基团，使炭粒与树脂之间有了较好的界面结合，增强了炭粒间以及炭粒与树脂之间的结合强度，使复合材料的力学强度得到明显改善。但是，随着MAH的用量增加，其与大分子自由基的接枝达到饱和，继续增加MAH用量，不仅不会使接枝率提高，反而会因为它与初级自由基的碰撞机会增加，出现笼蔽效应或者副反应，使自由基自聚反应增加，部分MAH被直接挤出，导致接枝率明显下降，使力学性能呈先逐渐增大后降低的趋势。当MAH含量一定，MAH∶DCP比例为2∶0.1时，HDPE基微波竹炭复合材料的力学性能整体优于比例为1∶0.1或3∶0.1。这是由于，随着DCP含量(即MAH∶DCP比例降低)的增加，DCP引发HDPE产生大分子自由基，并逐渐增加，不断与MAH分子参加反应，接枝机率逐渐增大。随着DCP含量的逐渐增大，其受热分解产生的自由基与HDPE链反应将达到最大值，此时接枝率达到最大值。当继续增加DCP含量时，由于生成的自由基过多，与HDPE链反应生成大分子自由基的同时发生交联反应，导致HDPE链断裂，发生降解反应，使复合材料的力学性能降低。因此，在MAH∶DCP比例为2∶0.1时，复合材料的力学性能达到最佳。
【参考文献】：
期刊论文
[1]竹炭吸附铜唑对竹塑复合材料防护性能的影响[J]. 陈琦,覃道春,张融. 林产工业. 2018(10)
[2]吸附热在竹炭吸附性能快速评测中的应用[J]. 潘炘,庄晓伟,陈顺伟. 浙江林业科技. 2018(02)
[3]竹炭/环氧聚酯复合材料的电磁屏蔽性能研究[J]. 陈茂军,李文珠,倪忠进,徐文张武. 竹子学报. 2018(01)
[4]PP/纳米竹炭粉复合材料的结构与性能分析[J]. 王延伟,张雅琪,于翔,卞磊,秦刚,徐茜. 塑料. 2017(05)
[5]竹炭粒径对吸附有害物质的影响[J]. 王晓旭,李倩,言彬. 上海计量测试. 2017(02)
[6]竹林在环境保护中的应用研究综述及展望[J]. 孙琪琛,王甫洋. 中国人口·资源与环境. 2016(S1)
[7]粉末竹炭的电阻率及与EVA复合材料电磁屏蔽效能探索[J]. 陈茂军,李文珠,蔡云杰,王晓桐,张文标. 竹子研究汇刊. 2015(04)
[8]竹炭及其改性产品作为生物载体的应用研究[J]. 胡萃,邹小明,张树聪,黄翔峰. 环境工程学报. 2015(07)
[9]竹质纤维-HDPE复合材料的力学和热性能研究[J]. 任文涵,张丹,王戈,李文燕,程海涛. 北京林业大学学报. 2014(04)
[10]KOH微波活化法处理竹炭的研究[J]. 高龙兰,刘玉环,罗爱香,罗洁,阮榕生. 林产化学与工业. 2009(01)
本文编号：3242235
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