1、 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 说 明 书题 目：纳米碳酸钙/-成核剂/废旧聚丙烯复合材料的研究 院 系：材料科学与工程学院 专业班级：2003 级高分子材料与工程 3 班姓 名：彭从华 指导教师：周爱军 总评成绩： 2007 年 6 月 10 日文件编号分 类 号武汉工程大学学士学位论文2学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 彭从华 2007 年 6 月 10 日学位论文版权使用授权书本学位论
2、文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 在 年解密后适用本授权书。2、不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）作者签名： 彭从华 2007 年 6 月 10 日导师签名： 周爱军 2007 年 6 月 10 日武汉工程大学学士学位论文3目录摘要4ABSTRACT.5第一章 文献综述61.1 塑料的发展和消费.61.2 塑料废弃物的现
3、状.71.3 废旧塑料来源简单分类.91.4 聚丙烯的回收.101.5 成核剂在聚丙烯改性中的协同作用.141.6 本论文的研究目的.14第二章 实验原料及实验方法152.1 实验原料及仪器设备.152.2 实验方法.15第三章 实验结果处理及分析183.1 原材料分析.183.2 共混改性.183.3 DSC 表征.253.4 WAXD 表征.263.5 工艺关键点.26第四章 结论27致谢28参考文献29武汉工程大学学士学位论文4纳米碳酸钙/-成核剂/废旧聚丙烯复合材料的研究摘要：本实验用 R-PP 是由废旧编织袋回收而得，编织袋其主要成分聚丙稀在自然环境下由于光和热的作用，其分子量变小，
4、机械强度，特别是冲击强度有所降低，在某种程度上影响了回收塑料的实用性。本次实验的目的是对回收聚丙烯改性增强，使之能够达到应用的要求。本实验研究了 -成核剂，纳米碳酸钙，偶连剂，增容剂对 R-PP 力学性能的影响；研究结果表明添加增容剂的 -成核剂/纳米碳酸钙/R-PP 混合体系具有较好的力学性能，其抗拉强度可达 30MPa 以上、弯曲强度 38MPa 以上、冲击强度 33KJ/m2 以上。关键词： 回收聚丙烯（R-PP ） 改性 -成核剂 纳米碳酸钙武汉工程大学学士学位论文5ABSTRACT：The R-PP used of this research was gathered from re
5、cycled woven bags. PP which the main component of woven bags ,its molecular weights, mechanical properties, especially impact properties decreased because of the effect of light and heat ,so that the applicability of recycled plastic was limited. To modify and enhance the recycled polypropylene for
6、engineering application, we start this study.The machanical property effects of - nucleation agent, nano- carbonate , compatilizer and coupling agents to R-PP have researched in the study.The result showed a good machanical property while the addition of coupling agents to R-PP with - nucleation age
7、nt and nano- carbonate .The tensible strength over 30MPa, flexure strength over 38MPa and impact strength over 33KJ/m2.Keywords：recycled polypropylene(R-PP), modify , - nucleation agent, nano- carbonate武汉工程大学学士学位论文6第一章 文献综述1.1 塑料的发展和消费众所周知，塑料作为一类应用广泛的高分子合成材料，在人们生活中已经占有了相当重要的位置，而且随着社会的发展，在我国生产和生活中起着越
8、来越重要的作用。20 世纪 50 年代迅速发展起来的合成树脂材料以惊人的速度替代着各种传统材料。70 年代后，随着世界各国国民经济和石油化工业的发展，合成树脂的生产规模不断扩大，工艺技术不断提高。产品种类也不断增加，到 20 世纪末已成为对世界经济具有巨大影响的产业。世界塑料工业在持续不断地发展，不仅在农业、工业领域作为一大类产品存在，而且具备领导各种材料新技术发展的先锋带头作用，必将在未来发展中占有重要位置 1。1958 年我国开始工业化生产聚氯乙烯(PVC)，并首先用于包装行业。用 PVC压延法生产的薄膜，用来包装碳铵、硫铵化肥， 代替了原先使用的麻袋包装。20 世纪 70 年代北京燕山石
9、化总公司、上海金山石化公司等先后从日本、英国、美国等国家引进管式法高压聚乙烯生产线和低压法聚乙烯生产线、聚丙烯生产线，以满足塑料工业对树脂生产的要求，从而使我国塑料工业以年增长超过 8的速度飞速发展。根据有关报道和统计，我国塑料市场在未来还会有较大的发展，尤其是用途广泛、用量较大的聚烯烃塑料及相关制品,我国聚烯烃类树脂用量在近年来不断增加，由此可以相信， 塑料工业的发展对我国人民生活和工农业建设都会产生重大影响. 随着国内塑料工业的发展，国内对工程塑料的需求量开始逐年增长，特别是通用工程塑料的市场需求量年均增长率都在 15以 上，从而使通用工程塑料的回收利用成为必须面对的一个现实问题 2。1.
10、2 塑料废弃物的现状武汉工程大学学士学位论文7塑料工业的迅猛发展，也带来了人们不愿意看到的废弃塑料及垃圾废塑料引起的一系列社会问题。塑料制品的应用已深人到社会的每个角落，从工业生产到衣食住行，塑料制品无处不在。人们开始发现，塑料垃圾已经悄悄地向我们涌来，严重影响着我们的身体健康和生活环境，如一些农用土地因废弃地膜的影响而开始减产，废塑料引发的“白色污染”开始让人们头痛，不腐烂不分解的餐盒无法有效回收，生活用塑料垃圾无从下手处理，塑料废弃物剧增及由此引起的社会和环境问题摆在了人们面前，摆在了全世界人们生活生存的地方 3。据统计，我国城市生活垃圾年产量目前已达 1.2 亿吨以上，其中废塑料占24，
11、即每年产生废弃塑料总量约 240 万480 万吨。这些不能被自然界消纳的塑料废弃物的日益增多，不仅严重影响和污染了环境，甚至将危及人类的生存。由于在我国许多大中城市中尚缺少现代化的垃圾填埋或焚烧设施，大多数废弃塑料只能采取露天堆放的办法，加之人们的随意丢弃，使得城市处于“白色垃圾”的包围之中 4。1.2.1 废弃塑料引起的环境和社会问题世界各国每年都不断累积性出现大量废旧塑料，从而给社会带来巨大的环境压力。据报道，在垃圾中塑料所占比例不足 10 (按重量计)，但由于其不易分解且体积大而不规则，难以处理，从而造成挤占陆地和污染环境，同时也给塑料产品的发展蒙上了一层阴影；此外，许多塑料制品仅使用一
12、次就废弃，也造成资源上的浪费。我国每年产生 6 亿吨工业固体废物和 1 万多吨城市生活垃圾， 综合利用或处理处置年均只在 40左右，大部分只是简单地堆放在露天环境中 5。截至 1996 年初全国工业固体废弃物累积堆存量已达 60 亿吨，占地 500 平方公里。由于人们环保意识薄弱，以及良好的卫生习惯未形成，尽管我国人均塑料消费水平(5kg3.)低于世界平均消费水平(17.5kg3,)，但由随手乱扔塑料废弃物所造成的环境污染已经触目惊心。铁路沿线的路坡上丢满了大量快餐盒、食品袋和饮料瓶，伴着列车一路同行；生活区和城郊公路两旁的树枝上各种废弃的塑料袋和破碎的薄膜随风飘扬；在风景秀丽的旅游胜地,比比
13、皆是的塑料垃圾大煞风景，等等。塑料垃圾不仅使环境肮脏丑陋，而且由于其不能有效回归自然，使大批良田也受到影响 6。武汉工程大学学士学位论文8近年来我国因环境污染和生态破坏造成的经济损失，每年高达 2000 亿元，其中生态破坏 1000 亿元，因污染粮食减产 1280 万吨， 受农药严重污染的粮食3000 万吨。据世界银行公布，1995 年中国因污染造成 80 万人过早死亡，740万人患支气管炎，国家花费的医疗费用达 340 亿元，估计到 2020 年将花费1040 亿元。我国在 19901995 年的五年计划中环保投资占国民生产总值的0.7， 1996-2000 年环保投资增加到 4500 亿元
14、，约占国民生产总值的 1.2，已高于国家对科研开发投入的资金(占国民生产总值的 0.70.8)。有些发达国家因经济上的压力比较小，环保投入高达 7，他们认为，对过去破坏了的环境要给予生态补偿。我国城市垃圾无公害处理的比例尚不到 5，每年包装废弃物总量在 1500 万吨，其中薄膜制品污染相当严重。这些薄膜的主要来源是包装薄膜，其次是农用地膜。塑料制品包括各种塑料薄膜在使用过程中，因老化、破碎，没有得到有效的回收利用，不仅造成资源的巨大浪费，而且对土壤、江河湖海都造成了严重的生态危害，极大地制约了社会与经济的可持续发展 7。1.2.2 废弃塑料对农业和生物的危害1） 对土壤、农作物的危害就目前世界
15、和我国废旧塑料的现状来看，主要影响社会环境的废旧塑料是以农用和包装材料为主。农用废旧塑料以废弃农膜为主，包括地膜、棚膜、果蔬保鲜膜及农灌防渗膜等。覆盖农膜可增温、保温、保肥、保水，控制杂草生长和盐碱地返碱，增产效益显著，因此，近年来我国农膜的产量总体上呈上升的趋势。但是，农用薄膜的使用寿命一般较短，我国现有的棚膜使用寿命通常是 1- 2 年，使用后废弃的农膜进入环境，就成为塑料废品的一个重要组成部分。以废旧塑料材料为例，这些材料的分子量在 104105 之间， 分子与分子之间结合得相当牢固，在自然条件下，分解速度极为缓慢。如聚乙烯、聚氯乙烯塑料薄膜，在土壤中约 300400 年才能完全降解，它
16、们滞留在土壤里就破坏了土壤的透气性能，降低了土壤的蓄水能力，影响了农作物对水分、养分的吸收，阻碍了禾苗根系的生长，从而造成农作物的大幅度减产，使耕地劣化。此外，塑料添加剂中的重金属离子及有毒物质会在土壤中通过扩散、渗透，直接影响地下水质和植物生长。据报道，如果每亩(667m2)地有 3.9kg 残膜，将减产玉武汉工程大学学士学位论文9米 1113、土豆 5.59.0、蔬菜 14.6-59.2；也有人做过实验，当每亩农膜残片达 6.9kg，小麦减产约 9，当达到 25kg 时减产 26。当前有些农业部门推广无法回收的 0.007mm 超薄地膜，从长远看是不妥当的 8。2） 对动物的危害塑料废弃物
17、对海洋生物造成的危害是石油溢漏危害性的 4 倍,每年仅丢弃在海洋的废弃渔具就在 15 万吨以上，各种塑料废品在数百万吨以上。废弃塑料对动物的伤害主要表现在被动物误食，划伤食道，造成胃部溃疡等疾患。有毒的塑料添加剂，如抗氧剂三丁基锡，由于生物富集，会使动物降低食欲，降低类固醇激素水平，导致繁殖率降低，甚至死亡。据估计，每年至少有数百万只海洋动物因误食塑料导致丧生。目前已知至少有 50 种海鸟喜爱吞食塑料球，将其误认为鱼卵或鱼的幼虫，海龟也把一些塑料制品当成水母吞食，而海狗喜欢在废塑料渔网中嬉戏玩耍，常被缠绕至死。在陆地，一些反刍类动物(如牛、羊等牲畜)和鸟类因吞食草地上的塑料薄膜碎片，它们在肠胃
18、中累积，造成肠梗阻乃至死亡的事例已屡见不鲜，如在北京从一只死亡奶牛的胃中清出的塑料薄膜竟有 13kg。3） 对人体的危害因塑料废弃物造成的火灾事故时有发生。塑料废弃物的焚烧还会产生有害的气体，如聚氯乙烯燃烧产生氯化氢(HCl)，ABS、丙烯腈燃烧产生氰化氢(HCN)，聚氨酯燃烧也产生氰化物，聚碳酸酯燃烧产生光气等有害气体。其中氯化物燃烧产生的二曙英等有毒气体能使兽类和鸟类出现畸形和死亡，对生态的破坏极大。它们对人体的伤害也是极为严重的，表现为肝功能紊乱和神经受损，并使癌症的发病率上升等。有些伤害是潜在的，如 1992 年丹麦研究人员首先发现，现代人类精子细胞的数目在过去 50 年间下降了 50
19、以上，在 40 年代男性的平均精子量是 6000 万个ml，而现在只有 2000 万个ml，减少了 23,男子性功能普遍衰退，睾丸癌患病率也较过去 40 年增加了一倍多。之所以产生这种现象，二曙英废气能使精子减少也是其中一个原因。此外，塑料燃烧产生的一些二氧化物还具有“复制”雌激素的功能，使男子体内的雌激素成倍增加，而雌激素增加就意味着一定程度的女性化，使男性在体能方面的爆发力、持久力等优势趋于弱化。武汉工程大学学士学位论文101.3 废旧塑料来源简单分类塑料，尤其是热塑性塑料，在合成、成型加工、流通与消费等每一个环节都会产生废料或废弃制品，统称为“塑料废弃物” ，其中绝大多数产生于消费使用过
20、程中，而且尤以包装材料、农膜及一次性药品的废弃量最大 9。 废旧塑料的产生1) 树脂生产中产生的废料；2) 成型加工过程中产生的废料；3) 配混和再生加工过程中产生的废料；4) 二次加工中产生的废料；5) 工业消费后塑料废料； 这类废旧废料来源广，使用情况复杂，必须经过处理才能回收再用。这类废弃物包括1) 化学工业中使用过的袋、桶等；2) 纺织工业中的容器、废人造纤维丝等；3) 家电行业中的包装材料、泡沫防震垫等；4) 建筑行业中的建材、管材等；5) 灌装工业中的收缩膜、拉伸膜等；6) 食品加工业中的周转箱、蛋托等；7) 农业中的地膜、大棚膜、化肥袋等；8) 渔业中的鱼网、浮球等；9) 报废车
21、辆上拆卸下来的保险杠、燃油箱、蓄电池箱等；10) 生活消费后的废旧塑料。1.4 聚丙烯的回收目前，对废旧聚丙烯的处理方法主要是焚烧和填埋。两种方法均存在较大缺点，其中，焚烧法处理对焚烧炉要求较高，生成的反应物进入焚烧灰、粉尘及废水处理的污泥中，构成对水体和大气环境的污染。填埋法处理则因聚丙烯难以被降解而成为永久垃圾 10。在美国每年大约有 200 万吨废弃的地毯垃圾，这需要花费 2 亿多美元来倾倒、收集和处理。美国聚丙烯协会在研究地毯回收技术，调查聚丙烯这种源自武汉工程大学学士学位论文11石油的多功能对环境友善的纤维的好处，为混凝土工业提供耐久的效果。聚丙烯废地毯材料添加到混凝土中，可以加强和
22、增加道路、街道表面和建筑物基础的稳定性和耐久性。从办公室和家庭废弃的聚丙烯地毯和毛毯碎条与混凝土混合，可以建设上好的人行道、城市街道、高速公路和飞机跑道。乔治亚洲工学院纺织纤维学院副教授王友江（音译）在 2000 年 6 月 1 日美国聚丙烯协会的技术会议上论述了最近的地毯回收技术，并把这归功于从事聚合物回收的公司。目前，在美国 1600 个从事聚合物回收公司中一部分是先进纺织回收公司、BASF/Shred 技术公司 Collins & Aikma 公司、DuPont 公司、Honeywell/DSM 公司、Evergree 公司、Milliken 公司、Georgia 技术公司、乔治亚洲大学
23、、Auburn 大学，这仅是其中的一小部分。在王博士的论文中他提出了他的发现，聚丙烯增强能改善韧性、减少破裂卷曲。他还提到了 Shaw Industries 的研究，指出废地毯纤维与混凝土混合能明显地提高混凝土的耐久性。因为含纤维的废物处理是工业界面临的危急问题，通过工业界、政府和学术界的共同努力开发各种技术使废弃物转化成具有附加值的产品。王博士在他的陈述中指出目前已取得了重大的进展。为寻求一个解决办法通过与各种实体合作进一步的探索是必要的 11。1.4.1 废旧聚丙烯回收技术1) 废旧聚丙烯能源化：废旧聚丙烯焚烧的热能回收许多西方发达国家，对废旧聚丙烯回收利用主要是利用其燃烧产生的热能。研究
24、表明，木材的燃烧热为14.65GJAg，聚丙烯的撤烧热为43.95GJAg，可见，其热能回收具有潜力。但燃烧炉一次性投资大，成本较高。2) 废旧聚丙烯的高温催化型分解技术：其基本原理是将废旧聚丙烯制品中原树脂高聚物进行较彻底的大分子链分解，使其降到低分子量状态，将废旧聚丙烯经前处理后投入反应器进行分解，在催化剂的作用下获得各类烃族气体，经冷却后形成混合油气体，在中间储槽将水分和杂质分离，再经分馏、平衡等工艺，最终得到汽油和柴油产品。此方法利用废旧聚丙烯生产汽油和柴油,不仅具有巨大的环境效益和社会效益，而且具有较好的经济效益。3) 煤与废旧聚丙烯共处理技术:该技术就是利用煤直接液化技术将煤和废旧
25、聚武汉工程大学学士学位论文12丙烯的混合能够转变成气态、液态产物在反应过程中，将煤和聚丙烯废弃物共液化，因为聚丙烯废弃物中含有大量可供转移的氢原子，废弃物会向煤裂解产物进行氢转移，使煤气部分甚至全部液化。由于废弃聚丙烯是煤液化时的主要供氢者，从而可以大大减少煤液化时的氢气耗量，同时反应条件也相对较温和，可以认为，煤与废旧聚丙烯共处理液化技术是从废旧聚丙烯液化处理技术发展起来的，利用了煤直接液化和废旧聚丙烯在催化裂解中产生的氢具有较好话性的原理。该技术的主要优点一是有利于解决日益严重的“白色污染”，为高分子废弃物的无害化利用找到一条切实可行的出路，环保、生态效应明显，二是大大降低了煤液化的氢耗量
26、和直接生产成本 12。4) 直接再生利用:直接再生利用系指不需要进行各类改性，将废旧聚丙烯经过清洗、破碎、塑化直接加工成型或通过造粒后加工成型制品，优点是工艺简单，再生制品成本低廉，缺点是再生材料制品的力学性能下降较大，不宜制作高档次的制品：废旧聚丙烯可再生为粒料、絮状料等，返回与原树脂混合，制造与原树脂同用途的制品，或将其熔融固化，直接成型制造各种制品。5) 改性再生利用:聚丙烯是非极性聚合物，缺乏反应基团，其亲水性、染色性、粘结性以及与其它极性聚合物和天机填料的相容性都很差，为了改善再生料的性能，满足专用制品的质量要求，应采用各种改性方法，使聚丙烯中引入极性基团，使废旧聚丙烯的某些力学性能
27、达到或超过原树脂制品的性能，因此，对废旧聚丙烯的改性再利用是很有前景的途径：6) 废旧聚丙烯共混增容改性回收技术：这种回收技术主要是将废旧聚丙烯与其它塑料或物质共混，来提高废旧聚丙烯的力学性能，制成有用的制品。RichardsoM等用ABS与废旧聚丙烯(PP)共混，可提高聚丙烯的韧性和强度，使废旧聚丙烯达到再利用的目的。黄玉惠、廖兵等用偶联剂处理过的木纤维增强废旧聚丙烯，可大幅度提高其制品的拉伸强度和冲击强度。7) 废旧聚丙烯化学改性回收技术：化学改性采用交联、接枝和氨化改性等方法把废旧聚丙烯转化成高附加值的其它有用材料，是当前废旧聚丙烯回收技术研究的热门领域Zimmermann等在废旧聚丙烯
28、降解回收烯类单体的研究武汉工程大学学士学位论文13中取得较大进展，研制出一套自动降解回收装置，单体回收率比其它降解回收方法高16cGebeMBr等利用降解反应，把废旧聚丙烯制成石蜡，所制石蜡熔点在5058。并且含有很少的接枝。8) 利用废旧聚丙烯生产涂料：将废旧聚丙烯进行清洗，用溶剂溶解成塑料胶浆，加入改性剂、原料、填料和助剂，调节浓度，过滤后即得涂料产品，使用该技术生产的涂料产品与正规厂家生产的涂料相比，质量较好，价格较低，且性能良好，用途广泛。9) 紫外光辐照改性技术：聚丙烯通过紫外光辐照也可引入含氧基团增加其极性，在紫外光辐照下，聚丙烯(PP)发生了快速光氧化，分子链中引入了COOH、C
29、OH、CO 等极性基因，紫外光强为 68umCM2 时，辐照对聚丙烯分子量影响较小，紫外光强为 130umCM2，可引起聚丙烯明显的光降解。10) 其它废旧聚丙烯回收利用新技术：建筑材料的需求量很大，而且利润高，如果能将废旧聚丙烯改性成为建筑用材料，可大大提高废旧聚丙烯回收的附加值。 Sullivan 等把废旧聚丙烯、废橡胶和无机填料云母等混合成型制成可用于建筑的墙砖，由于含有许多易挥发的组分，在加热成型中，这些挥发组分会使成型制品形成泡沫结构，使用密度小，重量轻，并且隔音和保温，通过改变成型模具，可加工成任何形状，深受建筑商的欢迎。此外，还可以废旧聚丙烯为主料，填加天然纤维和稻草粉和助别，进
30、行混炼制造再生复合聚丙烯新材料，这种材料具有刨、锯、钉、焊等加工性能，且耐压延展，机械性能好 13。1.4.2 废旧聚丙烯回收利用技术发展趋势随着社会发展和生活水平提高，人类对自己生存环境要求越来越高，为减轻以至消除废塑料对环境造成的污染，人们在致力于可降解塑料和高性能塑料研究的同时，更重视现阶段存在的塑料回收利用技术的研究，所以今后废旧聚丙烯回收技术研究发展趋势主要有以下几个方面：1) 研究高效无污染的废旧聚丙烯热能转换焚烧设备：废旧聚丙烯焚烧过程中会放出许多有害气体，如何消除这些有害气体，使它们不对大气层造成污染，是今后需研究解决的问题。另外，如何提高焚烧产生的热能利用是另一项重要研究课题
31、。武汉工程大学学士学位论文142) 研究能将废旧聚丙烯改性成理财价值产品的方法和设备：将废旧聚丙烯改性制成建筑领域和汽车行业等可大量应用的价值高的产品是未来改性回收技术研究发展的方向。3) 研究合适的方法和设备来降低现有的回收技术的成本，也是未来废旧聚丙烯回收技术研究的发展方向：目前阶段，对于废旧聚丙烯催化裂解回收油或单体的方法，由于催化剂价格高和寿命短，设备投资又大，使得回收利润很低，故这类回收技术难以推广，研究价廉质优的高效裂解催化剂和简化裂解设备，降低回收成本，将成为今后研究的热点。1.5成核剂在聚丙烯改性中的协同作用聚丙烯(PP)成核剂是一种用来改变PP结晶行为，从而改变其结晶形态，最
32、终改善其物理机械性能和热力学性能的功能性助剂。近年来，为充分发挥各类成核剂的优势，应用行业开始注重研究不同成核剂或成核剂与其它助剂之问的协同效应。所谓协同效应，就是在PP改性过程中加入两种或两种以上的添加剂，由于这些助剂配合恰当，作用得到相互补充，从而表现出了更好的改性效果。实践证明， 当选择恰当时，不同种类的成核剂之问、同类成核剂但结构不同的成核剂之问或成核剂与其它助剂之间都具有显著的协同效应，能显著改善PP的性能 14。1.6 本论文的研究目的本论文探讨了回收聚丙烯的改性问题。聚丙稀在自然环境下由于光和热的作用，其分子量变小，机械强度，特别是冲击强度有所降低，在某种程度上影响了回收聚丙烯的
33、实用性。实验中我们主要是将回收聚丙烯与其它物质共混，来提高其力学性能。经过多次实验我们得到 -成核剂，纳米碳酸钙，偶联剂，增容剂对回收聚丙烯的机械性能的影响。这样不仅可以将废旧聚丙烯变废为宝还可以带来可观的经济效益很有研究的必要。武汉工程大学学士学位论文15第二章 实验原料及实验方法2.1 实验原料及仪器设备2.1.1 实验原料原料及其规格 生产厂家回收聚丙烯 R-PP 洪湖科技股份有限公司聚丙烯 T30 荆门石化马来酸酐接枝聚丙烯共聚物（PP-g-MAH） 实验室自制纳米碳酸钙(粒径80nm) 市售工业品-成核剂 NA-9930T 上海科硕科技公司硅烷偶联剂（KH-570） 武汉市洪山区华昌
34、应用技术研究所2.1.2 实验仪器设备及仪器名称 生产厂家电子天平 上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂101-8 型电热恒温鼓风干燥箱鼓风干燥 上海路达实验仪器有限公司冲击实验机 XJU-22 型 承德实验机有限责任公司万能制样机 HY-W 河北承德实验机工厂微机电子拉力实验机 WDW-20 深圳凯强利机械有限公司武汉工程大学学士学位论文16四缸液压注塑机 ONLY 泓利 JPH50 广州泓利电器有限公司同向双螺杆共混挤出机 SHJ-36 南京诚盟化工机械公司XD-5A 型 X 射线衍射仪 日本 Shimadzu 公司CDR-4P 差动热分析仪 上海精密科学仪器有限公司2.2 实验方法2.2.
35、1 制定实验配方对纳米碳酸钙/-成核剂/废旧聚丙烯复合材料性能的研究主要通过制订配方进行研究，通过试验对其机械性能作出测试，并得到好的样品来分析改性结果的好坏。具体配方如下表：表 2.1 聚丙烯回收料共混实验配方 单位 克编号 回收 PP -成核剂 纳米碳酸钙 偶联剂 增容剂1 4002 400 0.23 400 0.44 400 0.65 400 16 400 1.67 400 2.28 400 49 400 1210 400 2011 400 2812 400 3613 400 4 1214 400 12 1215 400 20 1216 400 28 1217 400 0.4 418 4
36、00 0.4 819 400 0.4 1220 400 0.4 1621 400 0.4 2022 400 0.4 12 1823 400 12 12 18整个实验的流程如下：武汉工程大学学士学位论文17据配方配料 将物料烘干 混合均匀 挤出造粒 再烘干物料 注塑成型 力学性能测试。2.2.2 测试样品的制备根据配方配制好粉料，在同向平行双螺杆混炼挤出机上挤出造粒，各段温度为 190、185、185、185、180、180、180、180、180、175，转速 110r/min，所得粒料 70烘干，待用；制力学性能样条：将烘干的粒料在全液压四缸直锁两板式注塑机上注塑成型 15，各段温度为 19
37、0、195、190、185，逐一编号，放置一天，测量尺寸，待测试力学性能。2.2.3 对样品进行测试(1) 将已测量好宽厚的力学样条，在微机控制电子万能实验机上测试力学性能。a. 拉伸试样的测试依据：国标 GB/T 16421-1996，拉伸速度：20mm/min ，制样的标度：大试样总长 150mm、端部宽度 200.5mm、狭的平行部分长度600.5mm、狭的平行部分宽度 100.2mm、计量标线间距 500.5mm。b弯曲试样的测试依据：国标 GB/T16419-1996，弯曲速度： 10mm/min，制样的标度：大试样 厚度为 40.2mm，宽度为 60.2mm，长度为 80mm。（2
38、）在万能制样机上切割样条，作成需要长度的样条，然后在悬臂量上做冲击实验，测试抗冲击性能。悬臂梁缺口冲击的测试依据：国标 GB/T 1843-1996 冲击速度 3.5m/s，制样的标度：长度 702mm、宽度 10.00.2mm、厚度 4.00.2mm。（3）WAXD 测试X 射线衍射仪为日本 Shimadzu 公司 XD-5A 型,铜靶辐射源 ,Ni 滤光片 ,工作电压 30kV,工作电流 20mA。试样在平板硫化机上模压制得 ,模压温度为 190 ,压力为 15MPa,带压冷却至室温取出。试样中 PP 的结晶度（Xc）是根据分峰法得到。（4）DSC 测试分析仪器为上海精密科学仪器有限公司的
39、 CDR-4P 差动热分析仪,试样与为武汉工程大学学士学位论文18挤出造粒，重约 20mg,测试氛围为氮气，升温速率为 10/min ，温度扫描范围为 40-210，试样中 PP 的结晶熔融热焓(H f)由实测的结晶熔融热焓除以 PP的分数计算得到 ,试样 PP 的结晶度 Wc,x计算公式如下：Wc,x=H f/H foa%H fo 为原料 PP 的结晶熔融热焓。第三章 实验结果处理及分析3.1 原材料分析回收聚丙烯的抗拉、弯曲、冲击性能与其他几种物料的比较，其性能有明显的差异。表 3.1 各种纯物料的机械性能配方 拉伸强度/Mpa 断裂伸长率/% 弯曲强度/Mpa 冲击强度/kg/m2产品
40、PP(T30) 34.158 102.983 42.605 33.2回收 PP 25.808 17.978 36.971 18.89由表（表 3.1）可以看出，回收 PP 的性能相对产品 PP，在抗拉伸，抗弯曲及断裂伸长率都要差很多。我们要得到抗拉强度、弯曲模量、抗冲击性能都好的物料，就必须改善回收 PP 的力学性能。3.2 共混改性武汉工程大学学士学位论文193.2.1 -成核剂对复合材料的影响我们选用 -成核剂与回收 PP 共混挤出，然后注塑成型，测试产品机械性能，观察共混的结果。表 3.2 -成核剂对材料的影响-成核剂含量/wt 拉伸强度/Mpa 断裂伸长率/% 弯曲强度/MPa冲击强度
41、/KJ/m20 25.808 17.978 36.971 18.8900.5 26.842 15.970 36.324 23.2851.0 30.082 21.881 39.107 30.7101.5 30.047 22.322 39.069 30.0952.5 27.047 17.986 34.659 -4.0 27.861 17.209 35.371 28.5255.5 26.597 15.347 35.746 25.820R-PP 与 -成核剂共混的用量关系的抗拉、弯曲、冲击的比较如下(图 3.1-图 3.4)所示。武汉工程大学学士学位论文200. 0.51.01.52.02.52526
42、27282930伸(MPa) 伸伸 B0. 0.51.01.52.02.51561781920123伸伸伸 B图 3.1 拉伸强度与 -成核剂用量关系 图 3.2 断裂伸长率与 -成核剂用量关系0. 0.51.01.52.02.5343536373839伸(MPa) 伸伸 B0. 0.51.01.52.02.5182022426283032伸伸伸 B图 3.3 弯曲强度与 -成核剂用量关系 图 3.4 冲击强度与 -成核剂用量关系武汉工程大学学士学位论文21由上述图（图 3.1-图 3.4）可知，-成核剂的加入使 PP 的冲击强度和断裂伸长率均有明显提高 ,韧性的显著增加是因为有相当多的 晶向
43、 晶转变。Grein 等 16，用电镜观察发现 -成核剂改性 PP 的断裂面光滑 ,无应力发白现象；而 -成核剂改性 PP 的断裂面有应力发白现象 ,要由密集的、近似平行的裂纹构成 ,裂纹交织在一起 ,在断裂面附近形成一个连续的纤维结构，这说明 晶型独特的束状聚集体在材料受到冲击力时 ,可以引发大量的裂纹 ,从而吸收大量的冲击能量。同时，由于大量裂纹之间应力场的相互干扰，又可阻止裂纹的进一步发展,因而大大提高了材料的韧性。随 -成核剂用量的增加，-成核剂/R-PP 复合材料样条的各项力学性能指标均呈现曲线变化。在 -成核剂质量为 0.4g-0.6g，占 R-PP 含量为 1-1.5的时候，复合
44、材料的各项力学性能最好。但在加入过多的 -成核剂，可能使 PP 结晶粒子进一步增加，而每一个晶体结晶形态有缺陷，导致力学性能下降。3.2.2 纳米碳酸钙对复合材料的影响在适当填充量下，纳米碳酸钙对不同类型的 PP 均有增韧作用。实验中我们采用双螺杆挤出工艺使纳米碳酸钙粒子在 R-PP 中得到较均匀的分散。表 3.2 纳米碳酸钙对材料的影响含量/wt% 拉伸强度/Mpa 断裂伸长率/% 弯曲强度/Mpa 冲击强度/KJ/m20 25.808 17.978 36.971 18.8901 25.743 17.998 32.071 23.3523 27.199 33.642 33.778 28.215
45、 26.742 17.642 33.772 25.8957 26.186 17.892 33.015 23.5159 26.285 15.075 29.469 24.705武汉工程大学学士学位论文22051015202530354025.6.826.0.26.4.26.87.02.7.4伸/MPa 伸伸/g B-505101520253035401520253035伸含含/g C图 3.5 拉伸强度与纳米碳酸钙用量关系 图 3.6 断裂伸长率与纳米碳酸钙用量关系-50510152025303540293013234536738伸/MPa伸伸/g D-5051015202530354018202
46、242628伸/MPa伸伸/g E图 3.7 弯曲强度与纳米碳酸钙用量关系 图 3.8 冲击强度与纳米碳酸钙用量关系由上述图（图 3.5-图 3.8）可知，随纳米碳酸钙用量的增加，纳米碳酸钙/R-PP 复合材料的各项力学性能指标均呈现曲线变化。由图可知，在纳米碳酸钙质量为 12g，占 R-PP 含量为 3%的时候，复合材料的各项力学性能最好。这表明在纳米碳酸钙在低填充量时可以对 PP 有效增韧，而随着填充量的增大，纳米碳酸钙粒子在 PP 中团聚倾向增强。团聚粒子在复合材料中成为应力集中点使复合材料的强度和韧性随之降低 17。3.2.3 偶联剂表面改性武汉工程大学学士学位论文23表 3.3 偶联
47、剂对材料的影响偶联剂含量占纳米碳酸钙 wt% 拉伸强度/Mpa 断裂伸长率/% 弯曲强度/Mpa冲击强度/KJ/m21 27.394 18.402 29.354 24.000 3 28.930 21.661 34.759 26.100 5 27.515 18.131 33.331 20.300 7 26.804 17.555 26.342 19.000 05101520253026.527.027.528.028.529.0伸/MPa 伸伸/g B05101520253017181920212伸伸伸/g C图 3.9 添加偶联剂后材料拉伸强度变化 图 3.10 添加偶联剂后材料断裂伸长率变化051015202530262830323436伸/MPa伸伸/g D05101520253018920123245267伸/MPa伸伸/g E图 3.11 添加偶联剂后材料弯曲强度变化 图 3.12 添加偶联剂后材料冲击强度变化武汉工程大学学士学位论文24由上组图
