废胶粉滑石粉改性PA66／GF复合材料的制备与性能

废胶粉、滑石粉改性PA66／GF复合材料的制备与性能徐久升摘要：采用硅烷偶联剂KH560表面改性废胶粉(WRP)、环氧树脂E44改性滑石粉(Talc)，以尼龙(PA)66／玻璃纤维(GF)复合材料为基体，制备了WRP，Talc及两者协同改性的PA66／GF复合材料，研究了WRP，Talc及两者协同作用对复合材料力学性能、结晶性能和热稳定性能的影响。结果表明，当3份WRP经过1份KH560处理后，其与PA66／GF基体间的界面粘结性明显得到改善，其改性的复合材料弯曲强度和冲击强度最高，分别比PA66／GF基体提高了11.09%和2.05%。当1份Talc经过3份E44处理后，其在基体中具有良好的分散性，改性的复合材料弯曲强度和冲击强度达到最大，分别比基体材料提高了13.89%和8.42%。WRP与Talc均能促进复合材料的结晶，但两者协同作用对复合材料结晶性能没有明显的影响。采用1份KH560处理的3份WRP协同3份E44处理的1份Talc对复合材料进行改性，可使弯曲强度和冲击强度相比基体分别提高16.97%和6.25%，且使复合材料具有良好的热稳定性能，达到了低成本WRP和Talc改性制备高性能橡塑复合材料的目的。关键词：玻纤增强尼龙66；废胶粉；滑石粉；复合材料；力学性能PreparationandPropertiesofPA66／GFCompositesModifiedwithWasteRubberPowderandTalcumPowderXuJiushengAbstract：Wasterubberpowder(WRP)treatedbysilanecouplingagentKH560andtalcumpowder(Talc)treatedbyepoxyresinE44werecombinedwithglassfiberreinforcednylon66(PA66／GF)asmatrixforpreparingPA66／GFcompositesmodifiedbyWRPorTalcorWRPandTalccooperatively.TheeffectsofWRP，Talcandtheircooperativeeffectsonthemechanicalproperties，crystallizationandthermalperformancesofthecompositeswereresearchedbySEM，XRDandTGetc..Theresultsshowthatwhen3phrWRPistreatedby1phr(KH560，theinterfacialadhesionofWRPandPA66／GFisobviouslyimproved，theflexuralstrengthandimpactstrengthofthecompositemodifiedbyWRPreachmaximumandincreasesby11.09%and2.05%respectivelycomparedwiththematrix.When1phrTalcistreatedby3phrE44，TalciswelldispersedinPA66／GFandtheflexuralstrengthandimpactstrengthofthecompositemodifiedbyTalcreachmaximumandincreasesby13.89%and8.42%respectivelycomparedwiththematrix.WRPandTalccanpromotecrystallizationofthecomposites，butthecrystallizationofPA66／GFmodifiedviaWRPandTalccooperativelyisn'tsignificantlychanged.WhenPA66／GFmodifiedby3phrWRPtreatedby1phrKH560and1phrTalctreatedby3phrE44，theflexuralstrengthandimpactstrengthofthecompositeincreasesby16.97%and6.25%respectivelycomparedwiththematrixandthecompositehasgoodthermalstability，whichachievesthepurposeofpreparinghighperformancerubber-plasticcompositeswithlow-costWRPandTalc.Keywords：glassfiberreinforcednylon66；wasterubberpowder；talcumpowder；composite；mechanicalproperty随着橡胶工业的不断发展，废橡胶带来的环境问题越来越严重，寻找废橡胶的有效利用途径成为一个亟待解决的难题。废胶粉(WRP)是一种弹性的粉体橡胶材料，其内部是稳定的三维网状结构，具备许多优异性能，且材料成本低，可广泛应用到交通和化工领域。WRP改性塑料具有低成本、高性能的特点，已成为橡塑材料的研究热点。目前国内外在WRP改性聚烯烃和尼龙(PA)方面进行了一些应用研究，但在改性玻璃纤维(GF)增强PA66方面相关研究较少。GF增强PA66(PA66／GF)是性能优良的工程塑料，GF的加入提高了PA66的耐热性和尺寸稳定性，明显改善了其力学性能，在汽车和电子行业得到广泛应用。然而，由于大量GF的加入，在提升材料强度同时却造成材料脆性较大，不适用高冲击环境，同时关于降低PA66／GF成本的要求越来越高，因而需采用低成本填料对其进行进一步改性。笔者采用废旧轮胎胶粉改性PA66／GF复合材料，该WRP主要成分为天然橡胶和丁苯橡胶，均为非结晶和非极性聚合物，而PA66为结晶性聚合物，且具有极性，WRP与PA66在聚集态和极性上存在差异，两者的相容性较差。为了改善其界面相容性，采用硅烷偶联剂KH560对WRP表面改性。为了解决单一填料WRP对复合材料改性的局限性，提高WRP改性PA66／GF复合材料的力学性能，同时添加环氧树脂E44改性的滑石粉(Talc)，Talc化学式为3MgO·4SiO2·H2O，其表面含有大量—OH官能团，且具有较大的比表面积，是PA66常用的无机成核剂[20]。在上述基础上，探讨了WRP，Talc以及两者协同作用对PA66／GF复合材料力学性能、结晶性能和热稳定性能的影响。1实验部分1．1主要原材料PA66／GF复合材料：B530G，GF质量分数为30%，华峰集团有限公司；WRP：粒径约为550μm，西安中轩橡胶粉加工厂；Talc：粒径约为12μm，市售；硅烷偶联剂KH560：分析纯，河南恒协化工制品销售有限公司；环氧树脂E44：分析纯，蓝星新材料无锡树脂厂。1．2主要设备和仪器单螺杆挤出机：SS–20–25型，广州市普同实验分析仪器有限公司；塑料注射成型机：III–22H2型，东华机械有限公司；万能试验机：XWW–10型，承德市金建检测仪器有限公司；悬臂梁冲击试验机：XJU–22型，承德市金建检测仪器有限公司；扫描电子显微镜(SEM)：PhilipXL30型，荷兰Philip公司；广角X射线衍射(WXRD)仪：D／Max-3c型，日本理学株式会社；热重(TG)分析仪：Q600型，美国TA公司。2结论(1)当采用1份KH560处理3份WRP后，WRP与基体界面粘结性得到明显改善，WRP改性PA66／GF复合材料的弯曲强度和冲击强度最高，比PA66／GF基体材料分别提高了11.09%和2.05%。(2)当采用3份E44处理1份Talc后，Talc在基体中的分散更加均匀，此时Talc改性的复合材料弯曲强度和冲击强度最高，比PA66／GF基体材料分别提高了13.89%和8.42%。(3)采用1份KH560处理的3份WRP协同3份E44处理的1份Talc对PA66／GF复合材料进行改性，可使复合材料的弯曲强度和冲击强度比PA66／GF基体材料分别提高16.97%和6.25%，且使复合材料具有良好的热稳定性能，分解温度在400℃以上。(4)WRP和Talc均能促进复合材料结晶，但两者协同改性对复合材料结晶性能没有明显的影响。