聚丙烯纖維表面改性研究,建筑材料論文

聚丙烯纖維表面改性研究,建筑材料論文以玻化微珠為輕質(zhì)骨料，水泥、石膏和粉煤灰等膠凝材料為主要原料，經(jīng)模壓成型制備的?；⒅闊o機保溫材料，其密度與力學強度要求往往不能兼顧.在這里體系中引入加強纖維，能夠使保溫材料在較小密度下具有較高強度，且適宜摻量的加強纖維不會對保溫材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)有較大影響.聚丙烯纖維是一種柔性纖維，在水泥砂漿和混凝土制品中有著出色的阻裂效果[1-2],但聚丙烯纖維外表能低，外表不含任何活性基團，往往影響其應(yīng)用效果.對聚丙烯纖維外表進行適當改性，可加強其與水泥等無機膠凝材料的界面結(jié)合力，提高復(fù)合材料的力學強度.1試驗1.1原材料?；⒅椋荷綎|創(chuàng)智新材料科技有限公司產(chǎn)Ⅱ類玻化微珠，其主要性能指標見表1;聚丙烯纖維〔PP〕：四川華神化學建材有限責任公司產(chǎn)，其基本性能指標見表2;水泥：中聯(lián)水泥廠產(chǎn)42.5R快硬硫鋁酸鹽水泥；粉煤灰：華電國際鄒縣發(fā)電廠Ⅰ級粉煤灰，符合GB/T1596-2005(用于水泥和混凝土中的粉煤灰〕的各項要求；醋酸乙烯-乙烯共聚乳液〔簡稱VAE乳液〕：南京丹沛化工有限公司產(chǎn)，固含量〔文中牽涉的固含量、濃度和摻量等除十分注明外均為質(zhì)量分數(shù)〕55.5%;聚乙烯醇縮甲醛膠，固含量3.38%;建筑石膏粉：0.2mm方孔篩篩余量8.7%,初凝時間5min,終凝時間26min;氫氧化鈉：分析純化學試劑，NaOH含量96%.1.2聚丙烯纖維外表改性處理堿處理：取適量聚丙烯纖維放入濃度為5%的NaOH溶液中浸泡8h后取出，用蒸餾水洗凈外表，晾干備用.包覆改性處理：將堿處理后的聚丙烯纖維放入VAE乳液稀釋液〔m〔VAE乳液〕∶m〔水〕=1∶1〕中攪拌浸泡20min,取出纖維并壓擠出多余液體，物理分散、烘干后待用.1.3試驗方式方法按m〔?；⒅椤场胢〔聚乙烯醇縮甲醛膠〕∶m〔水泥〕∶m〔粉煤灰〕∶m〔石膏〕=1.00∶1.00∶0.80∶0.20∶0.08,準確稱量各物料.聚丙烯纖維摻量與相應(yīng)的試樣編號見表3,華而不實P組為摻加未改性聚丙烯纖維的復(fù)合保溫材料試樣、A組為摻加堿處理聚丙烯纖維的試樣、C組為摻加VAE乳液包覆改性聚丙烯纖維的試樣.先將?；⒅?、聚丙烯纖維、水泥、粉煤灰和石膏混合均勻，聚乙烯醇縮甲醛膠通過噴射槍以霧化狀態(tài)均勻噴射到混合料中，再將混合料倒入500mm300mm80mm的模具中整平，并在0.47MPa壓力下模壓成型，1h后脫模，得到500mm300mm50mm的保溫板材.在20℃,相對濕度95%的條件下養(yǎng)護3d后，將保溫板材放入60℃電熱鼓風枯燥箱中烘干備用.將制備的保溫板材根據(jù)標準要求分別加工成250mm100mm50mm的抗折試樣和100mm100mm50mm的抗壓試樣，根據(jù)GB/T5486-2008(無機硬質(zhì)絕熱制品試驗方式方法〕分別測試各試樣的抗折強度和抗壓強度；參照GB/T20473-2006(建筑保溫砂漿〕測試試樣的軟化系數(shù)，試樣尺寸與抗壓強度測試尺寸一樣；將板材加工成尺寸為300mm300mm25mm,按照GB/T10294-2008(絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護熱板法〕，使用IMDRY3001-Ⅵ智能型雙平板導(dǎo)熱系數(shù)測定儀〔精到準確至0.0001,測量精度3%〕測試試樣的導(dǎo)熱系數(shù)；對改性前后聚丙烯纖維外表的微觀形貌及復(fù)合保溫材料的斷口形貌進行SEM分析.2結(jié)果與討論2.1聚丙烯纖維摻量對復(fù)合保溫材料力學性能的影響聚丙烯纖維摻量對玻化微珠復(fù)合保溫材料試樣力學性能影響如此圖1所示.由圖1能夠看出，復(fù)合保溫材料試樣的抗折強度隨聚丙烯纖維摻量的增加逐步增大，當纖維摻量超過1.0%后，試樣的抗折強度趨于穩(wěn)定；復(fù)合保溫材料試樣的抗壓強度隨纖維摻量的增加先增大后減小，變化幅度不大；當聚丙烯纖維的摻量到達1.0%時，試樣的抗折強度和抗壓強度均到達最大，分別為0.62,1.47MPa,較空白試樣P0分別提高了93.75%和7.30%.2.2聚丙烯纖維摻量對復(fù)合保溫材料密度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響復(fù)合保溫材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)測試結(jié)果見表4.由表4能夠看出，聚丙烯纖維摻量對復(fù)合保溫材料的密度和導(dǎo)熱系數(shù)影響甚微，試樣的密度基本保持在299kg/m3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.0698~0.0699W/〔mK〕。2.3聚丙烯纖維外表改性對復(fù)合保溫材料性能的影響聚丙烯纖維外表改性對復(fù)合保溫材料力學性能和軟化系數(shù)的影響見圖2,3.由圖2可知，聚丙烯纖維分別經(jīng)堿處理和VAE乳液包覆改性處理后，可使復(fù)合保溫材料試樣A和試樣C的抗折強度由未改性處理試樣P5的0.62MPa分別提高到0.71,0.98MPa,增加了14.52%和58.06%;試樣A和試樣C的抗壓強度由試樣P5的1.47MPa分別提高到1.53,1.62MPa,增加了4.08%和10.20%.由圖3能夠看出，經(jīng)堿處理的聚丙烯纖維對復(fù)合保溫材料的軟化系數(shù)基本沒有影響，而經(jīng)VAE乳液包覆改性處理的聚丙烯纖維可使復(fù)合保溫材料的軟化系數(shù)由未改性處理試樣P5的0.40增大到0.45,提高了12.50%.由此可知，對聚丙烯纖維進行堿處理和包覆改性處理均可明顯改善玻化微珠復(fù)合保溫材料的抗折強度.比照2種外表改性處理方式的效果，發(fā)現(xiàn)經(jīng)VAE乳液包覆改性處理的聚丙烯纖維對復(fù)合保溫材料力學強度和軟化系數(shù)的提高作用均明顯優(yōu)于經(jīng)堿處理的聚丙烯纖維.聚丙烯纖維外表處理方式對復(fù)合保溫材料密度和導(dǎo)熱系數(shù)的影響不大.復(fù)合保溫材料試樣A和試樣C的密度和導(dǎo)熱系數(shù)與未改性處理試樣P5相比均無明顯變化，3種復(fù)合保溫材料試樣的密度和導(dǎo)熱系數(shù)基本上保持在299kg/m3和0.0699W/〔mK〕左右.2.4聚丙烯纖維外表改性效果分析聚丙烯纖維的外表改性提高了?；⒅閺?fù)合保溫材料力學強度和軟化系數(shù)，但纖維外表處理方式的加強效果明顯不同.為研究聚丙烯纖維外表處理方式對復(fù)合保溫材料加強效果的差異，利用SEM對纖維微觀形貌〔圖4〕進行觀察.由圖4可見，未經(jīng)外表改性處理的聚丙烯纖維外表光滑干凈，纖維比外表積較?。唤?jīng)堿處理后的聚丙烯纖維外表出現(xiàn)一些點狀物和凹痕，粗糙度明顯提高，比外表積增加，外表能提高；經(jīng)VAE乳液包覆改性處理的聚丙烯纖維外表改性效果最為明顯，外表包覆了1層乙烯與醋酸乙烯共聚物〔EVA〕，呈現(xiàn)凹凸不平的形貌，纖維與基體材料的接觸面積顯著增大，改善了纖維與基體的界面吸附及結(jié)合狀況.聚丙烯纖維在堿處理的經(jīng)過中，纖維外表的雜質(zhì)被侵蝕溶解，原來的雜質(zhì)位置上留下微小孔隙；當纖維在VAE乳液中充分攪拌時，乳液中的EVA容易吸附在不光滑的纖維外表上，與纖維構(gòu)成較為牢固的結(jié)合.EVA帶有的極性基團及凹凸不平的外表，均可提高其與體系中膠凝材料〔水泥、石膏和粉煤灰〕水化產(chǎn)物及聚乙烯醇縮甲醛膠的界面結(jié)合，進而改善復(fù)合材料的界面性能.根據(jù)復(fù)合保溫材料成型工藝的特點，物料經(jīng)攪拌和施膠后，?；⒅楹途郾├w維外表均黏附著1層水泥、粉煤灰、石膏顆粒