注塑工艺制备二氧化硅/热塑性淀粉复合材料
发布时间：2021-09-24 21:58
通过溶胶-凝胶法首先合成了二氧化硅微球,与玉米淀粉和甘油直接混合后,先用双螺杆挤出机挤出造粒,再用注塑工艺制备了二氧化硅/热塑性玉米淀粉复合材料（SiO2/TPS）,研究了共混体系中不同含量的SiO2对复合材料的力学性能（拉伸强度、冲击强度）、动态力学性能（DMA）、以及流变加工性能（转矩流变）的影响。结果表明,随着共混体系中SiO2含量的增加,复合材料的拉伸强度、冲击强度、次级松弛转变温度呈先上升后下降的趋势,在SiO2含量为2%时,性能达到最佳,分别为8.78 MPa、14.85 kJ/m2和53.64℃,而转矩流变曲线表明,此时具有较高的峰值转矩,复合材料的加工成型性能有所下降。
【文章来源】：塑料. 2017,46(04)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
SiO2含量对SiO2/TPS复合材料力学性能的影响
/TPS复合材料冲击性能的影响，由图可以看出，材料的冲击强度随着SiO2含量的增加先上升后下降，与拉伸强度曲线的趋势一致。在SiO2含量为2.0%时，复合材料的冲击强度达到最大值14.85kJ/m2。当SiO2含量小于2.0%时，在冲击载荷的作用下，SiO2能诱发淀粉基体产生银纹，吸收能量并阻碍裂纹的进一步扩大，从而能够大幅度提高复合体系的冲击强度。而当SiO2大于2.0%，由于SiO2在淀粉基体中含量过高，且颗粒较小，表面能高，容易分散不均匀而发生团聚，导致复合材料的冲击强度不增加反而显著下降。图2SiO2含量对SiO2/TPS复合材料冲击强度的影响2.3SiO2含量对复合材料动态力学性能的影响SiO2/TPS复合材料的储能模量(E')和损耗因子(tanδ)随温度变化的曲线，如图3所示。由图3(a)可以看出，复合材料的储能模量均随温度升高而减小，且变化趋势基本相同。当温度较低时，复合材料处于在玻璃态区间，由于SiO2与淀粉基体间的作用力，复合材料的储能模量随着SiO2含量的增加而增加。从图3(b)可以看出，复合材料体系中主要出现了两个峰，分别大致对应－45℃的低温峰(Tα)，它代表淀粉的次级松弛，并且对应于甘油富集区域的次级转变，而在50℃左右出现的高温峰(Tβ)，它代表淀粉富集区域的主转变。表1为不同SiO2含量复合材料的转变温度，根据损耗因子(tanδ)随温度变—24—郭斌等———注塑工艺制备二氧化硅/热塑性淀粉复合材料塑料2017年46卷第4期??????????????????????????????????????????????????
2.5%、3.0%。从图4(a)、(b)中可以看出，随着铝酸酯用量的增加，拉伸性能和冲击强度均表现为先上升后趋于平缓。这是因为CaCO3与PBS基体树脂的亲和性较差［10－13］，会因分散不均导致复合材料性能变差，加入偶联剂可改善CaCO3的表面性能，在复合材料中起到黏合剂的作用，可以有效地改善CaCO3与PBS基体的相容性，增大二者的界面结合强度，但偶联剂的用量并不是越多越好［14－15］，加入量过多时，会产生过盈效果，过量的偶联剂不仅起不到偶联效果，相反会成为体系的杂质，增加复合材料的生产成本［8］。从图4(c)可以看出，铝酸酯用量不同时，其降解性能差异不大。综合考虑偶联剂的成本及其添加量对复合材料力学性能和降解性能的影响，因此铝酸酯用量为1.5%时，效果较好。(a)拉伸性能;(b)冲击强度;(c)降解性能。图4铝酸酯用量对复合材料性能的影响3结论1)铝酸酯偶联剂对复合材料性能的提升效果最明显;CaCO3用量增加时，复合材料的拉伸强度和降解性能上升，断裂伸长率和冲击强度下降;铝酸酯用量对降解性能影响不大，但铝酸酯用量增加时，拉伸性能和冲击强度先上升后趋于平缓。2)当PBS和CaCO3质量配比为7∶3，铝酸酯用量为1.5%时，复合材料的综合性能比较好，能够满足使用要求，同时与纯PBS相比，又能降低近30%的成本，使其推广应用更进一步。参考文献:［1］崔春娜，黄继涛，何阳．聚丁二酸丁二醇酯/碳酸钙复合材料老化研究［J］．塑料科技，2013，41(11):74－77．［2］廖才智．生物降解性塑料PBS的研究进展［J］．塑料科技，2010，38(7):93－98．［3］TACHIBANAY，MASUDAT，FUNABASHIM，etal．Chemicalsynthesisoffullybiomass-basedpoly(butylenesuccinate)frominedible-biomass-
本文编号：3408504
【文章来源】：塑料. 2017,46(04)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
SiO2含量对SiO2/TPS复合材料力学性能的影响
/TPS复合材料冲击性能的影响，由图可以看出，材料的冲击强度随着SiO2含量的增加先上升后下降，与拉伸强度曲线的趋势一致。在SiO2含量为2.0%时，复合材料的冲击强度达到最大值14.85kJ/m2。当SiO2含量小于2.0%时，在冲击载荷的作用下，SiO2能诱发淀粉基体产生银纹，吸收能量并阻碍裂纹的进一步扩大，从而能够大幅度提高复合体系的冲击强度。而当SiO2大于2.0%，由于SiO2在淀粉基体中含量过高，且颗粒较小，表面能高，容易分散不均匀而发生团聚，导致复合材料的冲击强度不增加反而显著下降。图2SiO2含量对SiO2/TPS复合材料冲击强度的影响2.3SiO2含量对复合材料动态力学性能的影响SiO2/TPS复合材料的储能模量(E')和损耗因子(tanδ)随温度变化的曲线，如图3所示。由图3(a)可以看出，复合材料的储能模量均随温度升高而减小，且变化趋势基本相同。当温度较低时，复合材料处于在玻璃态区间，由于SiO2与淀粉基体间的作用力，复合材料的储能模量随着SiO2含量的增加而增加。从图3(b)可以看出，复合材料体系中主要出现了两个峰，分别大致对应－45℃的低温峰(Tα)，它代表淀粉的次级松弛，并且对应于甘油富集区域的次级转变，而在50℃左右出现的高温峰(Tβ)，它代表淀粉富集区域的主转变。表1为不同SiO2含量复合材料的转变温度，根据损耗因子(tanδ)随温度变—24—郭斌等———注塑工艺制备二氧化硅/热塑性淀粉复合材料塑料2017年46卷第4期??????????????????????????????????????????????????
2.5%、3.0%。从图4(a)、(b)中可以看出，随着铝酸酯用量的增加，拉伸性能和冲击强度均表现为先上升后趋于平缓。这是因为CaCO3与PBS基体树脂的亲和性较差［10－13］，会因分散不均导致复合材料性能变差，加入偶联剂可改善CaCO3的表面性能，在复合材料中起到黏合剂的作用，可以有效地改善CaCO3与PBS基体的相容性，增大二者的界面结合强度，但偶联剂的用量并不是越多越好［14－15］，加入量过多时，会产生过盈效果，过量的偶联剂不仅起不到偶联效果，相反会成为体系的杂质，增加复合材料的生产成本［8］。从图4(c)可以看出，铝酸酯用量不同时，其降解性能差异不大。综合考虑偶联剂的成本及其添加量对复合材料力学性能和降解性能的影响，因此铝酸酯用量为1.5%时，效果较好。(a)拉伸性能;(b)冲击强度;(c)降解性能。图4铝酸酯用量对复合材料性能的影响3结论1)铝酸酯偶联剂对复合材料性能的提升效果最明显;CaCO3用量增加时，复合材料的拉伸强度和降解性能上升，断裂伸长率和冲击强度下降;铝酸酯用量对降解性能影响不大，但铝酸酯用量增加时，拉伸性能和冲击强度先上升后趋于平缓。2)当PBS和CaCO3质量配比为7∶3，铝酸酯用量为1.5%时，复合材料的综合性能比较好，能够满足使用要求，同时与纯PBS相比，又能降低近30%的成本，使其推广应用更进一步。参考文献:［1］崔春娜，黄继涛，何阳．聚丁二酸丁二醇酯/碳酸钙复合材料老化研究［J］．塑料科技，2013，41(11):74－77．［2］廖才智．生物降解性塑料PBS的研究进展［J］．塑料科技，2010，38(7):93－98．［3］TACHIBANAY，MASUDAT，FUNABASHIM，etal．Chemicalsynthesisoffullybiomass-basedpoly(butylenesuccinate)frominedible-biomass-
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