Investigación sobre la modificación y el relleno de wollastonita de plásticos de ingeniería ABS
(Escuela de Recursos e Ingeniería Ambiental, Universidad Tecnológica de Wuhan, Wuhan, Hubei 430070)
Investigación sobre el efecto de modificación de la superficie del polvo de wollastonita y la Propiedades mecánicas del plástico ABS relleno. Muestra que diferentes modificadores, dosis de modificador y tiempo de modificación tienen un impacto importante en el efecto de modificación de la wollastonita. El plástico de ingeniería ABS relleno de wollastonita modificado con γ-(metacriloiloxi)propiltrimetoxisilano mejora la rigidez y la fluidez de la fusión del material compuesto. Aunque otras propiedades mecánicas disminuyen ligeramente, no afecta su aplicación en ingeniería. Al mismo tiempo, se reduce el coste del plástico ABS. Cuando la cantidad de llenado es 20, el costo se puede reducir en 15 [1 ~ 6].
Wollastonita; modificación; relleno; ABS.
Acerca del primer autor: Zhang Lingyan, profesor asociado de la Escuela de Recursos e Ingeniería Ambiental, Universidad Tecnológica de Wuhan, provincia de Hubei. La principal dirección de investigación son los materiales minerales no metálicos y sus aplicaciones. Número de contacto: 027-87882128.
La wollastonita pertenece a la cadena del ácido metasilícico, y su fórmula química es CaSiO3. Después de la trituración, las partículas son fibrosas o tienen forma de aguja. La wollastonita no es tóxica, tiene baja absorción de aceite, baja absorción de agua, buena estabilidad térmica y química, alta blancura, fibras en polvo únicas y una amplia gama de usos. El polvo de wollastonita modificada aumenta sus capacidades hidrofóbicas y lipófilas debido a sus propiedades superficiales mejoradas. Cuando se aplica a materiales de matriz de plástico y caucho, se puede dispersar de manera más uniforme, tiene una fuerte afinidad con el material de la matriz y puede mejorar las propiedades mecánicas y la resistencia al envejecimiento de los productos de plástico y caucho. Los plásticos de ingeniería se refieren a plásticos que pueden usarse como materiales estructurales, pueden mantener un rendimiento excelente en un amplio rango de temperaturas y durante mucho tiempo, pueden soportar tensiones mecánicas elevadas y pueden usarse en entornos químicos y físicos hostiles durante mucho tiempo [1 ]. Sin embargo, en comparación con los plásticos de uso general, el uso de los plásticos de ingeniería es limitado debido a su elevado precio. En este experimento, se modificó la superficie de wollastonita, se analizó la influencia de las condiciones de modificación sobre el efecto de modificación y se estudió el rendimiento de la wollastonita modificada rellena con ABS.
1. Experimento
(1) Principales materias primas, equipos e instrumentos
El material base de la resina es ABS (copolímero de acrilonitrilo, butadieno y estireno). ), PetroChina Jilin Petrochemical Company; micropolvo de wollastonita, mineral en bruto de Haisi, condado de Dulan, Qinghai, contenido de mineral de wollastonita superior a 90, Cao 41,74, d90 13,81 μm, relación de aspecto 11, blancura 80; -aminopropiltrietoxisilano (WD-50), γ-(2,3-epoxipropoxi)propiltrimetilsilano (WD-60), γ-(metacriloiloxi)propiltrimetoxisilano (WD-70), Wuhan University Silicon New Materials Co., Ltd. Aditivo de modificación de amoníaco (analíticamente puro), los aditivos plásticos disponibles comercialmente incluyen plastificante (DEP), antioxidante (1010), dispersante (parafina) y lubricante (estearato de calcio).
Amasadora de alta velocidad de laboratorio GH-1, Fábrica de maquinaria de plástico Yingte de Beijing; Extrusora compuesta de doble tornillo SJSH-30, Fábrica de maquinaria de caucho y plástico de Nanjing; LQ-100, Fábrica de maquinaria de caucho y plástico de Nanjing; máquina de moldeo por inyección, CJ50E-2, Zhende Plastic Machinery Factory; instrumento de medición del ángulo de contacto de gotas de agua estáticas, JC2000A, Shanghai Chenzhong Digital Technology Equipment Co., Ltd.; microscopio electrónico de barrido, Japan JEOL Company; 5, Shenzhen Rigel Instrument Co., Ltd.; probador de dureza Barrett del Instituto de Metrología de Wuxi, HBa-1; Shenzhen Xinsansi Material Testing Co., Ltd. Medidor de flujo de fusión ZRZ-40.
(2 ) Modificación de la superficie del polvo de wollastonita
Debido a que el polvo de wollastonita es hidrofílico y oleofóbico, su compatibilidad con el ABS es pobre. Para mejorar su compatibilidad con el ABS, se debe modificar su superficie para mejorar su dispersión en el sistema polimérico. Se usó una amasadora de alta velocidad GH-10DY para la modificación de la superficie, la velocidad de agitación fue de 1250 r/min, la dosis de amoníaco fue 1 y el amoníaco y el agua destilada se diluyeron en una proporción de 2:1. El proceso de modificación se muestra en la Figura 1 [2, 5].
Figura 1 Proceso de modificación de la superficie del polvo de wollastonita
(3) Prueba del efecto de modificación
1. Ángulo de contacto de humectación
Utilice un estático. deje caer un medidor de ángulo de contacto para medir el ángulo de contacto húmedo del polvo de wollastonita modificada y la solución de prueba es agua.
2. Índice de activación
Agregue una cierta cantidad de polvo de wollastonita modificada al vaso de precipitados, agregue agua destilada, revuelva vigorosamente, deje reposar para formar capas y luego saque los objetos flotantes M1. y El sedimento M2 se pesa después del secado y la tasa de activación es M1/(M1 m2).
(4) Preparación de material compuesto ABS-wollastonita
La cantidad total de una muestra es 600 g, la cantidad de aditivos plásticos es: DEP 2, antioxidante 1010 0,5, parafina 0,5, estearato de calcio 0,2. Parámetros del proceso de granulación por extrusión: temperatura de extrusión 170 ~ 185°C, velocidad del tornillo 140 ~ 160 r/min. Parámetros del proceso de moldeo por inyección: temperatura 190 ~ 220 ℃, tiempo de inyección 6 s, tiempo de retención 14 s. Proceso de preparación de materiales compuestos de wollastonita ABS [3, 5]: (polvo de wollastonita modificada, ABS y aditivos) → mezcla → composición por extrusión → granulación → moldeo por inyección → posprocesamiento → pruebas de rendimiento.
(5) Métodos de prueba para las propiedades de los materiales compuestos
Propiedades de tracción, GB/T 1040-1992; Propiedades de flexión, GB 9341-88; Propiedades de impacto, GB/T 1843-80; (89); dureza Pasteur, GB/T 9342-1988; caudal de fusión, GB 3682-83.
2. Resultados de la prueba y discusión
(1) El impacto de diferentes condiciones del proceso de modificación en el efecto de modificación
Efectos de diferentes modificadores
>Utilice la misma dosis de modificador 1, las mismas condiciones de modificación (temperatura de modificación 120°C, tiempo de modificación 20 minutos), y utilice WD-50, WD-60 y WD-70 como modificadores. Se modificó el micropolvo de Wollastonita, y el Los resultados se muestran en la Tabla 1. Como puede verse en la Tabla 1, el efecto de modificación del WD-70 es mejor que el de los otros dos.
Tabla 1 Efectos de modificación de diferentes modificadores de silano en micropolvo de wollastonita
2 Efectos de diferentes dosis de modificador
Con WD-70 es un modificador, la modificación. La temperatura es 65438 ± 020 ℃ y el tiempo de modificación es 20 minutos. Se realizaron pruebas comparativas con diferentes cantidades de modificadores y los resultados se muestran en la Figura 2. Puede verse en la Figura 2 que el ángulo de contacto de humectación y el índice de activación aumentan con el aumento de la cantidad de modificador. Cuando la cantidad de modificador es mayor que 1, la tendencia de aumento se ralentiza. Teniendo en cuenta todos los factores económicos, la dosis del modificador debe controlarse en torno a 65438±0.
3. Influencia del tiempo de modificación
Utilizando WD-70 como modificador, la dosis del modificador es 1 y la temperatura de modificación es 120 °C. Se realizaron pruebas comparativas en diferentes tiempos de modificación y los resultados se muestran en la Figura 3. Puede verse en la Figura 3 que el ángulo de contacto de humectación y el índice de activación aumentan con la extensión del tiempo de modificación. Cuando el tiempo de modificación es superior a 20 minutos, la tendencia de aumento se ralentiza y el efecto de modificación no aumenta significativamente con la extensión del tiempo. Por tanto, el tiempo de modificación adecuado debería ser de 20 min.
Figura 2 La relación entre la dosis del modificador y el efecto de modificación
Figura 3 La relación entre el tiempo de modificación y el efecto de modificación
(2) Wollastonita El efecto de la cantidad de relleno sobre las propiedades de los materiales compuestos
Se puede ver en la Figura 4a que a medida que aumenta la cantidad de relleno de wollastonita, la resistencia a la tracción del material compuesto primero aumenta y luego disminuye. Cuando se rellena con wollastonita, el valor máximo es. se alcanza cuando la cantidad es 20. Los resultados muestran que 20 es el valor crítico para la resistencia a la tracción del ABS relleno de wollastonita. Si se excede esta cantidad, la dispersión del polvo de wollastonita en la fase continua de resina ABS se vuelve deficiente y la unión de la interfaz entre la wollastonita y la matriz de resina se vuelve deficiente, provocando fácilmente la desunión de la interfaz. Sin embargo, la resistencia a la tracción del compuesto relleno con 20 ABS sigue siendo menor que la del ABS puro, pero la disminución es solo de 13,2, lo que es significativamente mayor que el requisito mínimo para la resina ABS (27 MPa) en la norma nacional GB 12672-90. .
También se puede ver en la Figura 4a que la resistencia a la flexión del material compuesto disminuye con el aumento del contenido de wollastonita, pero su valor mínimo también es mayor que el requisito mínimo de la norma nacional antes mencionada (47 MPa).
Efecto del contenido de wollastonita en las propiedades de los materiales compuestos.
Como se puede observar en la Figura 4b, la resistencia al impacto entallada del material compuesto disminuye con el aumento del contenido de wollastonita, mientras que su dureza aumenta con el aumento del contenido de wollastonita, alcanzando 2,7 veces el ABS puro. Esto muestra que la adición de wollastonita empeora la tenacidad del material compuesto, pero aumenta la rigidez.
Se puede ver en la Figura 4 c que el índice de flujo de fusión del compuesto aumenta con el aumento de la cantidad de relleno de wollastonita, hasta 1,75 veces el del ABS puro, lo que indica que la adición de wollastonita mejora la mejora. la fluidez de los materiales compuestos.
(3) Análisis microestructural de la sección transversal de tracción de materiales compuestos
Como se puede observar en la Figura 5, a medida que aumenta el contenido de wollastonita, las partículas de wollastonita en la matriz de ABS se dispersan. La contenido del polímero se vuelve pobre y es fácil de aglomerar, haciendo que el material compuesto sea microscópicamente no homogéneo. Al mismo tiempo, en la sección de tracción también se puede observar el fenómeno de la extracción de partículas de wollastonita en distintos grados. En la Figura 5 c se puede ver claramente que hay rastros de grandes partículas de wollastonita que se están extrayendo. Esto muestra que la adhesión entre las partículas de wollastonita y la matriz de ABS no es buena y es fácil despegar cuando se exponen a fuerzas externas, lo que resulta en una disminución de las propiedades mecánicas del material compuesto. En comparación, la interfaz de dos fases en la Figura 5b está borrosa y se extraen menos partículas de wollastonita. Muestra que las partículas de wollastonita están bien combinadas con la matriz de ABS y tienen propiedades mecánicas relativamente buenas, lo que es consistente con los resultados del análisis en (2) en la sección anterior.
Figura 5 Imagen SEM de la sección de tracción del material compuesto
Cantidad de relleno de Wollastonita: A-10; b-20
Tres. Conclusión
1) muestra que el efecto de modificación del γ-(metacriloiloxi)propiltrimetoxisilano (WD-70) es mejor que el del γ-aminopropiltrietoxisilano (WD-50) y el γ-(2,3-glicidoxi) propiltrimetilsilano (WD-60). En condiciones de temperatura de 120°C, dosificación de WD-70 1 y tiempo de 20 minutos, el efecto de modificación de la wollastonita es mejor.
2) Los resultados de la investigación sobre las propiedades mecánicas del ABS relleno de wollastonita muestran que la adición de wollastonita modificada mejora la rigidez y la fluidez de la fusión del material compuesto, mientras que otras propiedades mecánicas se reducen, pero no afectan su aplicación. en ingeniería y reducir costos. A juzgar por los resultados de las pruebas, la cantidad de relleno adecuada de wollastonita es 20, y el coste del material compuesto con esta cantidad de relleno es un 15% menor que el del ABS puro. Al mismo tiempo, como relleno para plásticos de ingeniería, la wollastonita tiene sus propias ventajas en comparación con otros rellenos: en comparación con el polvo ligero de calcio y talco, el sistema de relleno de wollastonita tiene baja viscosidad y puede llenarse mucho, lo que resulta beneficioso para ahorrar resina y reducir costos En comparación con el carbonato de calcio, el sistema de llenado de wollastonita tiene buena resistencia a la corrosión química, pequeña absorción de plastificante y buen acabado superficial del producto. En comparación con la fibra de vidrio, tiene una mayor ventaja de precio; sulfato de calcio, talco, sílice, etc. , generalmente contiene agua cristalina y tiene problemas de deshidratación cuando se calienta, mientras que la wollastonita tiene buena estabilidad térmica. Por tanto, la wollastonita es un buen relleno para plásticos de ingeniería.
Referencia
[1] Yang Shiying, Chen Dongchuan. Manual de plásticos de ingeniería peritéctica [M]. Beijing: Editorial Textil de China, 1994.
Zheng Shuilin. Modificación de la superficie del polvo[M]. Beijing: Building Materials Industry Press, 1995
Liu,. Modificación del relleno de plástico [M]. Beijing: China Light Industry Press, 1998.
Artículo ·. Principios de los materiales compuestos[M]. Wuhan: Prensa de la Universidad Tecnológica de Wuhan, 1998
Niu Yanping. Preparación de compuestos de polímero-mineral de silicato y estudio de su mecanismo de interfaz [D Wuhan: Universidad Tecnológica de Wuhan, 2005
Zhang Lingyan, Lai Weiqiang.
Investigación sobre diferentes compuestos minerales de polietileno reforzado de baja densidad [J]. Industria del Plástico, 2006 (10): 48
Investigación sobre modificación superficial de wollastonita Aplicación de wollastonita modificada en ABS
Zhang Lingyan, Lai Weiqiang, Tang Huawei, Zheng
(Escuela de Recursos e Ingeniería Ambiental, Universidad Tecnológica de Wuhan, Wuhan, Hubei 430070)
Resumen: Se estudió la superficie de la wollastonita mecánicamente Propiedades del ABS modificado y relleno de wollastonita. Los resultados muestran que diferentes modificadores, dosis de modificador y tiempo de modificación afectarán la modificación de la superficie de la wollastonita. El tratamiento con γ-metacriloiloxipropiltrimetoxisilano del ABS relleno de wollastonita puede mejorar la rigidez del material compuesto, pero otras propiedades mecánicas se reducen ligeramente. El ABS relleno de wollastonita no sólo puede reducir los costos del producto, sino que tampoco afecta su aplicación en ingeniería. Cuando la tasa de llenado de wollastonita llega a 20, el costo se puede reducir en 15.
Palabras clave: wollastonita, modificación, relleno, ABS.