高强全聚丙烯复合板材的制备与性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.02.001

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (2): 1-7.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.02.001

• 材料与性能 • 下一篇

高强全聚丙烯复合板材的制备与性能研究

李文超, 曾佳, 陈程虹, 周柳柳, 吴世见

四川大学高分子科学与工程学院，成都 610000

收稿日期:2020-09-23 出版日期:2021-02-26 发布日期:2021-02-22

Study on Preparation and Properties of High⁃strength Polypropylene⁃matrix Composites

LI Wenchao, ZENG Jia, CHEN Chenghong, ZHOU Liuliu, WU Shijian

College of Polymer Science and Engineering，Sichuan University，Chengdu 610000，China

Received:2020-09-23 Online:2021-02-26 Published:2021-02-22

摘要/Abstract

摘要：

采用复合挤出与口模拉伸技术制备了共聚聚丙烯（coPP）/等规聚丙烯（iPP）自增强线材，以此为增强体、coPP为基体，经热压成型制备高强全聚丙烯复合板材，并考察其力学性能、动态力学性能、可回收性。结果表明，复合板材的拉伸强度和弯曲强度分别可达160 MPa和63 MPa；增强体的加入使板材的储能模量大幅度提高、损耗因子降低；25 %（质量分数，下同）增强体复合板经粉碎、造粒、重新热压得到的回收板材的拉伸强度仅下降7.3 %，弯曲强度几乎没有损失，其内部coPP与iPP的相容性良好，复合板材的可回收性能优异。

关键词: 全聚丙烯复合板材, 自增强复合线材, 可完全回收

Abstract:

A type of copolymer polypropylene （coPP）/isotactic polypropylene （iPP） self?reinforced wire material was prepared by composite extrusion and die drawing. A high-strength all-polypropylene composite sheet was prepared via hot-pressing with this wire material as a reinforcement and coPP as a matrix， and its mechanical properties， dynamic mecha?nical properties， and recyclability were investigated. The results indicated that the tensile strength and bending strength of the composite sheet reached 160 MPa and 63 MPa， respectively. The addition of the reinforcement greatly improved the energy storage modulus of the composite sheet but reduced its loss factor；A recycled sheet was obtained through pulverizing， granulating and hot?pressing with 25 wt% of reinforced composite board. Its tensile strength decreased by only 7.3 %， and there was almost no loss in its bending strength. The internal coPP and iPP had good compatibility， indicating good recyclability of the composite sheet.

Key words: polypropylene?matrix composite, self?reinforced composite wire, full recyclability

中图分类号:

TQ325.1⁺4

李文超, 曾佳, 陈程虹, 周柳柳, 吴世见. 高强全聚丙烯复合板材的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(2): 1-7.

LI Wenchao, ZENG Jia, CHEN Chenghong, ZHOU Liuliu, WU Shijian. Study on Preparation and Properties of High⁃strength Polypropylene⁃matrix Composites[J]. China Plastics, 2021, 35(2): 1-7.

图/表 14

图1 复合挤出示意图

Fig.1 Schematic diagram of co?extrusion

图2 复合圆坯横截面的偏光显微镜照片

Fig.2 Polarizing microscope photo of the cross section of the composite billet

单螺杆

挤出机

一段

温度/℃

二段

温度/℃

三段

温度/℃

四段

温度/℃

五段

温度/℃

转速/

r·min^-1

表1 单螺杆挤出机工艺参数表

Tab.1 Processing parameters of the single screw extruder

图3 全PP复合板材的热压示意图

Fig.3 Schematic diagram of hot compaction of all?polypropylene composite sheet

图4 25 %iPP增强体复合板材纬向力学性能随热压压力与温度的变化

Fig.4 Variation of weft mechanical properties of 25 % iPP reinforced composite sheet with pressure and temperature

图5 25 %iPP增强体复合板材纬向收缩率随热压压力与热压温度的变化

Fig.5 Variation of weft shrinkage percentage of 25 % iPP reinforced composite sheet with pressure and temperature

图6 全PP复合材料的密度与纬向收缩率

Fig.6 The density and weft shrinkage of all polypropylene composites

图7 不同增强体含量的全PP复合板材的力学性能对比

Fig.7 Comparison of mechanical properties of all?polypropylene composite sheet with different reinforcement contents

图8 复合圆坯与增强体线材的2D?WAXD衍射图

Fig.8 2D?WAXD patterns of composite billet and self?reinforced wire

图9 25 %iPP增强体复合板材截面光学显微镜照片

Fig.9 Optical microscope photo of the cross section of 25 % iPP reinforced composite sheet

图10 25 %iPP增强体复合板材和coPP板材储能模量随温度的变化

Fig.10 Variation of storage modulus of 25 % iPP reinforced composite sheet and coPP sheet with testing temperature

图11 25 %iPP增强体复合板材和coPP板材的tanδ随温度的变化

Fig.11 Variation of loss factor of 25 % iPP reinforced composite sheet and coPP sheet with testing temperature

板材类型	拉伸强度/MPa	弯曲强度/MPa
25 %iPP增强体回收板材	21.7	29.4
25 %iPP共混板材	23.4	29.8

表2 25 %iPP增强体回收板材与25 %iPP共混板材的力学性能

Tab.2 Mechanical properties of 25 % iPP reinforced recycled sheet and 25 % iPP blended sheet

图12 不同材料的DSC曲线

Fig.12 DSC curves of different materials

参考文献 19

1	ETCHEVERRY M， BARBOSA S E. Glass Fiber Reinforced Polypropylene Mechanical Properties Enhancement by Adhesion Improvement［J］. Materials， 2012， 5（12）：1 084⁃1 113.
2	YOO Y， SPENCER M W， PAUL D R. Morphology and Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforced Nylon 6 Nanocomposites ［J］. Polymer， 2011， 52（1）： 180⁃190.
3	LUBINEAU G， RAHAMAN A. A Review of Strategies for Improving the Degradation Properties of Laminated Continuous⁃fiber/epoxy Composites with Carbon⁃based Nanoreinforcements ［J］. Carbon， 2012， 50（7）： 2 377⁃2 395.
4	TANG L G， KAROOS J L. A Review of Methods for Improving the Interfacial Adhesion between Carbon Fiber and Polymer Matrix［J］. Polymer Composites， 1997， 18（1）：100⁃113.
5	IGAWA N， TAGUCHI T， YAMADA R， et al. Mecha⁃nical Properties of SiC/SiC Composite with Magnesium–silicon Oxide Interphase［J］. Journal of Nuclear Materials， 2007， 367（4）：725⁃729.
6	BRENDEL A， POPESCU C， SCHURMANN H， et al. Interface Modification of SiC⁃Fibre/Copper Matrix Composites by Applying a Titanium Interlayer［J］. Surface and Coatings Technology， 2005， 200（1/2/3/4）：161⁃164.
7	ALCOCK B， PEIJS T. Technology and Development of Self⁃Reinforced Polymer Composites［M］//Polymer Composites⁃Polyolefin Fractionation⁃Polymeric Peptidomimetics⁃Collagens. Berlin， Heidelberg： Springer Berlin Heidelberg， 2011： 1⁃76.
8	HINE P J， WARD I M， JORDAN N D， et al. The Hot Compaction Behaviour of Woven Oriented Polypropylene Fibres and Tapes. I. Mechanical Properties［J］. Polymer， 2003， 44（4）：1 117⁃1 131.
9	JORDAN N D， BASSETT D C， OLLEY R H， et al. The Hot Compaction Behaviour of Woven Oriented Polypropylene Fibres and Tapes. II. Morphology of Cloths before and after Compaction［J］. Polymer， 2003， 44（4）：1 133⁃1 143.
10	刘科，刘义，曾佳，等. 超轻高强聚丙烯/碳酸钙线材研究［J］. 塑料工业， 2019， 47（2）：48⁃51.
	LIU K， LIU Y， ZENG J， et al. Properties Study of Ultra⁃Low Density and High⁃Strength Polypropylene/CaCO₃ Wires［J］. China Plastics Industry， 2019， 47（2）：48⁃51.
11	公艳艳，谭洪生，谭哲兴. 口模拉伸高取向抗冲共聚聚丙烯的研究［J］. 塑料科技， 2015， 43（3）：50⁃54.
	GONG Y Y， TAN H S， TAN Z X. Research on Highly Oriented Impact Polypropylene Copolymer by Die⁃Drawing Process［J］. Plastics Science and Technology， 2015， 43（3）：50⁃54.
12	R.S.戴夫（Raju S.Dave）， A.C.卢斯（Alfred C.Loos）编. 方征平，沈烈译. 高分子复合材料加工工程［M］.北京：化学工业出版社， 2004： 242⁃246.
13	ALCOCK B， CABRERA N O， BARKOULA N M， et al. Direct Forming of All-Polypropylene Composites Products from Fabrics Made of Co-Extruded Tapes［J］. Applied Composite Materials， 2009， 16（2）：117⁃134.
14	ABRAHAM T N， SIENGCHIN S， KARGER-KOCSIS J. Dynamic Mechanical Thermal Analysis of All-PP Composites Based on β and α Polymorphic Forms［J］. Journal of Materials Science， 2008， 43（10）：3 697⁃3 703.
15	ALCOCK B. Single Polymer Composites Based on Polypropylene ： Processing and Properties ［M］. Queen Mary University of London， 2004：75⁃111.
16	BOYD R H. Relaxation Processes in Crystalline Polymers： Experimental Behaviour—A Review［J］. Polymer， 1985， 26（3）：323⁃347.
17	HU W G ， SCHMIDT R K. Polymer Ultradrawability： The Crucial Role of A-relaxation Chain Mobility in the Erystallites［J］. Acta Polymerica， 1999， 50（8）：271⁃285.
18	ROY S K， KYU T， MANLEY R S J. Mechanical Relaxations of Oriented Gelation-crystallized Polyethylene Films ［J］. Macromolecules， 2002， 21（6）： 1 741⁃1 746.
19	KALLAYMENYHARD A， VARGA J， LIBER á， et al. Polymer Blends Based on the Beta-modification of Polypropylen［J］. European Polymer Journal， 2005， 41（4）：669⁃677.

[1]	于昌永, 辛忠. 基于六氢邻苯二甲酸盐的α/β复合成核剂对聚丙烯性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 121-128.
[2]	刘义, 孙伟, 曲国兴, 王叶, 袁宁, 杨少林, 许霞, 常小毅, 张宇飞. 薄壁注塑透明聚丙烯专用料的结构与性能分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 37-43.
[3]	孙伟, 刘义, 廖云龙, 陈俊佳. 聚丙烯粉料乙烯含量测定影响因素研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 54-59.
[4]	李杰, 徐然, 任峰, 杨一飞, 信春玲, 何亚东. 连续玻纤增强聚丙烯预浸带熔融浸渍过程纤维断裂研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 69-76.
[5]	王青松. 高强度低VOC玻璃纤维增强聚丙烯材料的开发[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 30-34.
[6]	王富玉, 郭金强, 张玉霞. 聚合物原位成纤方法及其在PP共混体系中的应用[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 146-156.
[7]	李琪微, 王翠翠, 郑海军, 陈季荷, 王戈, 程海涛. 挤出循环对聚丙烯/竹粉复合材料力学及发泡性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 56-60.
[8]	焦旗, 李瑞龙, 陈凑喜, 张守玉, 宋程鹏, 陈同海, 姜如愿, 郑鹏程. 基于三元复合抗氧剂体系煤基PP的使用寿命预测研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 15-24.
[9]	朱能贵, 沈超, 李胜男, 曾祥补, 蒋团辉, 张翔. 聚丙烯/粉煤灰微发泡复合材料的制备及发泡性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 78-83.
[10]	郑鹏程, 李瑞龙, 陈凑喜, 张守玉, 姜如愿, 陈同海, 宋程鹏, 焦旗. 新型三元复配抗氧体系的设计及其在煤基均聚PP中的应用[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 1-8.
[11]	王文超, 王艳芝, 张振利, 张居亮, 刘少磊, 魏冰. 基于滤板应用的β成核剂增韧改性聚丙烯研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 102-107.
[12]	韩贤新, 刘喜军, 王宇威. PP/EPR/改性纤维素复合材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 37-44.
[13]	刘小锐, 赵丰, 王秀梅, 郭巍, 毛华杰, 闫宏旭, 邓景文. 连续玻璃纤维增强聚丙烯层合板非等温拉伸成型质量研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 58-62.
[14]	陈师岐, 王选伦. 无规共聚聚丙烯/纳米二氧化硅复合材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(10): 56-59.
[15]	孟鑫, 范敏, 童闯闯, 李超, 高津, 辛忠. 分子筛负载有机磷酸酯成核体系对聚丙烯性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 95-102.

高强全聚丙烯复合板材的制备与性能研究

Study on Preparation and Properties of High⁃strength Polypropylene⁃matrix Composites

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 14

参考文献 19

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价