（纺织工程专业论文）增塑剂、偶联剂对柔软隔声材料复合特性影响的研究.pdf

浙江理工大学硕上学位论文 摘要 当今，随着工业的逐步发展，各种噪声也日益恶化着人类的生活环境和工作环境，严 重影响着人们的身体健康。因此噪声污染的防御与控制己成为急需解决的一个重大课题。 有关高效吸声、隔声材料的研究也r 益被提升为一个极为重要的课题。隔声材料一般是根 据质量定律进行设计制造的，根据质量定律我们要增加材料的隔声量，只有增加材料的面 密度，以提高其隔声性能。其中高密度颗粒粉木钢渣粉( s l a g ) 填充聚合物复合材料提 高了复合材料的面密度，但在几种复合材料的结合方面却受到很大的影响，只要在几种复 合材料之间加入一种粘合剂，就能弥补隔声材料的不足，此方法不但保持了隔声材料的高 隔声性能，而且具有柔软、力学性能好、热稳定性和阻燃性能佳等众多性能。 本文首先以增塑剂增塑聚氯乙烯( p v c ) 为研究对象，找出适合本研究的较佳品种和 用量。再以偶联剂改性填料s l a g 和增强材料玻璃纤维( g f ) 填充p v c 复合材料为研究对 象。主要对偶联剂改性g f 和s l a g 填充至l j p v c 复合材料后的柔软性、力学性能、隔声性能 等及改性方法作了研究。首先，通过混合、烘烤、干燥等一系列工序研制成填充有活性s l a g 或g f 的隔声材料。然后运用电子扫描显微镜( s e m ) 拍摄试样截面的微观形貌照片，观察 填充物与复合材料的结合状态。采用北京声望电技术有限公司生产的b s w a v s 3 0 2 u s b 双 通道声学分析仪对在相近面密度下，不同配比的三种增塑剂和不同含量的三种偶联剂分别 添加到复合材料晕，对其制得的复合材料的隔声性能进行了分析。利用万能材料试验机对 复合材料的力学拉伸性能、剥离强度、顶破性能进行了测试，利用热分析仪对复合材料的 热稳定性进行了测试，利用自动氧指数测定仪对复合材料的阻燃性能进行了探讨。经过实 验发现： 一、不同配比的三种增塑剂分别添加到g f p v c 制得的复合材料的柔软性、力学性能、 阻燃性差别很大，综合考虑三种增塑剂的价格和不同配比时的各种性能可知，选用增塑剂 t b c ，且配比在1 3 0 1 0 0 ( 增塑剂p v c ) 时较理想。后面实验用到的增塑剂都是这个标准。 二、不同偶联剂不同含量改性g f 制得的g f p v c 复合材料仍然是柔性材料，其中硅烷 偶联剂k h 5 5 0 添加量为1 、硅烷偶联剂k h 5 6 0 添加量为2 、钛酸酯偶联剂h w l 0 1 添加量 为0 5 时，其复合材料的力学性能最佳，且力学性能大小规律是：i m 5 5 0 k h 5 6 0 h w l o l ， 阻燃性能是：h w l 0 1 k h 5 5 0 k h 5 6 0 ，偶联剂的加入对隔声材料的隔声性能几乎没有影响。 三、偶联剂改性s l a g 填充到g f p v c 复合材料中，大大提高了复合材料的力学性能， 同时也相应提高了热稳定性和阻燃性，其中以硅烷偶联齐i j k h 5 5 0 添加量在2 时的效果较 浙江理t 大学硕上学位论文 佳。且改性s l a g 采用直接加入法效果更好。 关键词：复合材料、g f 、p v c 、隔声材料、偶联剂、s l a g i v 浙江理t 大学顾士学位论文 s t u d yo nt h ee f f e c to fc o u p l i n ga g e n t sa n dp l a s t i c i z e r so nt h ep e r f o r m a n c eo f s o f ts o u n di n s u l a t i o nm a t e r i a l a b s t r a c t n o w a d a y s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r y ，m a n yk i n d so fn o i s e sa r ed e t e r i o r a t i n gp e o p l e s l i v i n ga n dw o r k i n gs u r r o u n d i n g s ，a n dh a r m f u lt op e o p l e sh e a l t hs e r i o u s l y ，s ot h ep r e v e n t i o na n d c o n t r o lo fe n v i r o n m e n t a ln o i s ep o l l u t i o nh a v eb e c o m eav e r yi m p o r t a n tp r o b l e mt h a tp e o p l en e e d t os o l v i n gu r g e n t l y t h er e s e a r c ho nh i g he f f i c i e n ts o u n da b s o r p t i o n ，s o u n di s o l a t i o nm a t e r i a lh a s b e e nk e yt os o l v en o i s ep o l l u t i o n t h es o u n di s o l a t i o nm a t e r i a li s g e n e r i c a l l yd e s i g n e da n d p r o d u c e db a s i n go nq u a l i t yl a wo fs o u n di s o l a t i o nv a l u e a c c o r d i n gt oq u a l i t yl a w o fs o u n d i s o l a t i o nv a l u e ，w ec a i lo n l yi m p r o v et h es o u n di s o l a t i o nv a l u et h r o u g hi n c r e a s i n gt h es u r f a c e d e n s i t yo rt h et h i c k n e s so fs o u n di s o l a t i o nm a t e r i a l f i l l i n gc o m p o s i t em a t e r i a lw i t ht h eh i g h s u r f a c ed e n s i t yi sab e t t e rw a y ，b u tt h a ti n f l u e n c e st h eb o n d i n gp e r f o r m a n c eo fs e v e r a lm a t e r i a l s s ow ea d d e dt h ec o u p l i n ga g e n tt om a k eu pt h es h o r t a g eo ft h es o u n di s o l a t i o nm a t e r i a l t h i s w a yi s n o to n l yk e e p i n gh i g hs o u n di s o l a t i o na b i l i t y ，b u ta l s oh a v i n gm a n yo t h e re x c e l l e n t a d v a n t a g e ss u c ha sp l a s t i c i t y ， e x c e l l e n tm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ，e x c e l l e n tt h e r m a ls t a b i l i t y p r o p e r t i s ，f i r e - r e t a r d a n tp r o p e r t ya n ds oo n i nt h i sp a p e r ，f i r s t l yw ea d d e dp l a s t i c i z e r st op v ct of i n dt h eb e s tp l a s t i c i z e ra n dc o n t e n t a n dt h e nf o c u s e do nf i l l e r s ( s l a g ) a n df i b e r g l a s sf a b r i cf i l l e dp v c - c o m p o s i t em a t e r i a l p l a s t i c i t y ， m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n ds o u n di s o l a t i o no ft h ep v c c o m p o s i t em a t e r i a lf i l l e dw i t hf i b e r g l a s s f a b r i co rs l a gt r e a t e db yc o u p l i n ga g e n t sa n dm o d i f i c a t i o nm e t h o dw e r em a i n l ys t u d i e d f i r s t l y ， t r e a t e ds l a go rf i b e r g l a s sf a b r i cf i l l e dt os o u n di n s u l a t i o nc o m p o s i t em a t e r i a lw a sp r e p a r e d t h r o u g has e r i e so fw o r k i n gp r o c e d u r e si n c l u d i n gm i x i n g ，b a k i n ga n dd r y i n ga n ds oo n t h e nt h e s t r u c t u r a lm o r p h o l o g yo ft h es p e c i m e nw a so b s e r v e db ys e m t h es t a t eo ft h ec o m b i n a t i o n b e t w e e nf i l l e ra n dr e s i nw a so b s e r v e d i no r d e rt os t u d yt h ec h a n g eo fs o u n di n s u l a t i o np r o p e r t i e s o ft h em a t e r i a l sf i l l e dw i t ht r e a t e dg l a s s f i b e rf a b r i ca n dt r e a t e ds l a g ，w em e a s u r e dt h e i rs o u n d i n s u l a t i o np r o p e r t i e sb yt h et w o - c h a n n e la c o u s t i ca n a l y z e r ，a n dc o m p a r e dt h e i rs o u n di n s u l a t i o n p r o p e r t i e s t h ep e e ls t r e n g t ha n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yo fc o m p o s i t em a t e r i a lw e r em e a s u r e db y u n i v e r s a lm a t e r i a lt e s t i n gm a c h i n e t h et h e r m a ls t a b i l i t ya n df i r e - r e t a r d a n tt h e o r yw e r em e a s u r e d b yt h e r m o g r a v i t a t i o n a la n a l y z e r t h e f i r e r e t a r d a n t p r o p e r t i e s o fc o m p o s i t em a t e r i a lw a s v 浙江理工大学顾1 ：学位论文 e x a m i n e db yu s i n go fa u t o m a t i co x y g e ni n d e xd e t e c t o r t h et e s tr e s u l t ss h o w e da sf o l l o w s ： 1 f i b e r g l a s s f a b r i c p v cc o m p o s i t em a t e r i a l sw e r ef i l l e dw i t hd i f f e r e n tc o n t e n t so ft h r e e p l a s t i c i z e r sr e s p e c t i v e l y ，w h i c h s h o w e dd i f f e r e n t p l a s t i c i t y ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s a n d f i r e r e t a r d a n tp r o p e r t ya n ds oo n a c c o r d i n gt ot h ep r i c ea n dp r o p e r t i e so ft h et h r e ep l a s t i c i z e r s ， w ec h o s e13 0c o n t e n to fp l a s t i c i z e r st b cu s e di nt h el a t t e re x p e r i m e n t 2 f i b e r g l a s sf a b r i ci nt h ef i b e r g l a s sf a b r i c p v cc o m p o s i t em a t e r i a l st r e a t e db yd i f f e r e n t c o u p l i n ga g e n t sa n dd i f f e r e n tc o n t e n t sr e s p e c t i v e l yw a sa k i n do fp l a s t i c i t ym a t e r i a l f i b e r g l a s s f a b r i c p v cc o m p o s i t em a t e r i a l sw h i c ha d d e d1 o fs i l a n ec o u p l i n ga g e n tk h 5 5 0 ，2 o fs i l a n e c o u p l i n ga g e n tk h 5 6 0o ro 5 o ft i t a n a t ec o u p l i n ga g e n th w l 0 1r e s p e c t i v e l yh a dt h eb e s t m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s t h er e g u l a ro fm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw a sk h 5 5 0 k h 5 6 0 h w l 0 1 ，a n d f i r e r e t a r d a n t p r o p e r t y w a sh w l 0 1 k h 5 5 0 k h 5 6 0 a d d i n gc o u p l i n gt ot h ef i b e r g l a s s f a b r i c p v cc o m p o s i t em a t e r i a l sd i d n ta f f e c ti t ss o u n di n s u l a t i o np r o p e r t i e sn e a r l y 3 t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs l a g p v co rs l a g f i b e r g l a s sf a b r i c p v cc o m p o s i t em a t e r i a l s w e r ei n c r e a s e dg r e a t l yw h e ns l a gw a st r e a t e db yc o u p l i n ga g e n t s t h et h e r m a ls t a b i l i t ya n d f i r e r e t a r d a n tp r o p e r t i e so fs l a g p v co rs l a g f i b e r g l a s sf a b r i c p v cc o m p o s i t em a t e r i a l sw e r ea l s o i n c r e a s e d t h es o u n di n s u l a t i o nc o m p o s i t em a t e r i a l sa d d e d2 o fs i l a n ec o u p l i n ga g e n tk h 5 5 0 s h o w e dt h eb e t t e rr e s u l t f u r t h e r m o r e ，t h em e t h o do fa d d i n gc o u p l i n ga g e n t st os l a g f i b e r g l a s s f a b r i c p v cc o m p o s i t em a t e r i a l sd i r e c t l yw a sb e t t e rt h a np r e t r e a t m e n tm e t h o d k e yw o r d s ：c o m p o s i t em a t e r i a l ；f i b e r g l a s sf a b r i c ；p v c ；s o u n di s o l a t i o nm a t e r i a l ；c o u p l i n ga g e n t ； s l a g v l 浙江理t 大学硕士学位论文 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：炀碜刁 b 强： 硝年弓只比b j 浙江理丁大学硕十学位论文 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以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 保密口，在 不保密甩。 学位论文作者签名：奶螽叼 日期：硼7 年岁月肜日 1 1 年解密后使用本版权书。 指导教师签名：之允v 仂致。厂 畛p 钐日 浙江理工人学硕i ：学位论文 1 1 论文研究的背景 第一章前言 噪声又称噪音，从物理学上讲，它是一种由多个频率组成的并具有非周期性振动的复 合声音，它的声波波形不规则，听起来刺耳。从心理意义来说，一般是指不恰当或者不舒 服的听觉刺激。凡是妨碍人们学习、工作和休息并使人产生不舒适感觉的声音，都可以称 为噪声。 噪声对人体的主要危害是损伤听觉系统。当噪声强度超过1 0 0 分贝时，即能造成听觉 损伤。轻度听觉损伤主要表现为轻度耳鸣，若进一步发展，可在一定程度上影响语言听力， 致使工作、学习、生活中感到听觉困难。有时一次强烈的噪声可致暂时性的两耳全聋，同 时感到剧烈耳鸣并有眩晕。此外，噪声对人体其他系统也有影响，主要表现为头痛、头晕、 失眠、多梦、记忆力减退，甚至出现血压不稳定或肢端供血不足，发生营养障碍性疾病， 心律不齐等。噪声对婴幼儿、青少年和孕妇的不良影响更为严重。 随着我国国民经济的持续高速增长，人们生活水平的提高，人们对生活环境的要求也 越高。拥有舒适宁静的环境是人们的一大愿望。所以积极投入防噪、治噪的工作中是人们 的主要任务【l 】。 声学系统一般是由声源、传播途径和接收器三个环节组成的，如图所示。 对于所需要的声音，必须为它的产生、传播和接收提供良好的条件。对于噪声，则必 须设法抑制它的产生、传播和对听者的干扰，根据上述三个环节，分别采取措施：在声源 处抑制噪声，在声传播途径中控制噪声，接收器上加载保护措施隔离噪声。其中普遍采用 的控制噪声的技术是在传播途径中控制噪声。其控制机理有：阻尼减振，吸声，隔声。 隔声是我们研究的重点。声波在空气中传播时，使声能在传播途径中受阻而不能直接 通过的措施，称为隔声。 在噪声控制技术中，常采用透射系数t i 来表示壁面的隔声能力，透射系数就是透射声 强( i t ) 与入射声强( i i ) 的比值( t i = i t i i ) 。透射系数一般远小于l 约在1 0 一1 0 。之间。 为了计算方便，通常采用l o l g ( 1 t 1 ) 来表示一个隔声构件的隔声能力，它称为隔声材料的固 有隔声量或传声损失，记为r ，单位为d b ，定义为： 浙江理r 丁人学硕十学位论文 r = 1 0 1 9 ( 1 t 1 ) t l 越小，r 值越大，材料的隔声性能越好。隔声量的大小与隔声构件的结构、性质和 入射波的频率有关，同一构件对不同频率的声音，其隔声性能可能有很大差别，因此工程 中常用1 2 5 h z 4 k h z 六个倍频程中心频率的隔声量的算术平均值来表示某一构件的隔声性 能，也称为平均隔声量。 n 倍频定义： & f l = 2 n ，如，f l 为任一频程的上，下限频率，n 为正实数，当n = 1 时， 称为倍频程，n = 2 时称为2 倍频程，n = l 3 时，称为1 3 频程。各倍频程的中心频率下限 频率的关系是：f 声( f 2 f i ) m 。 笪 t b c d o p ，即柔软度变化规律是 d o p t b c e h d p ，且加t b c 的复合材料与加e h d p 的复合材料的柔软度比较接近。 3 3 3 不同增塑剂不同配比对g f p v c 隔声性能的影响 图3 - 5 增塑剂t b c 不同配比的隔声曲线图图3 - 6 不同增塑剂的隔声曲线图 由图3 5 可以看出，在面密度相近的情况下，随着t b c 配比的增加，隔声量没有发生 明显变化。由图3 - 6 可知在面密度基本一致的情况下，增塑剂的种类对隔声材料的隔声性 能几乎没有影响。 2 4 5 o 5 0 5 0 5 0 5 0 5 0 5 ( o o o 0 o o o 0 o o 0 0 0 浙江理工大学硕士学位论文 3 3 4 不同增塑剂不同配比对g f p v c 阻燃性的影响 3 3 4 1 阻燃性能比较 如图3 7 所示，三种增塑剂的阻燃性能比较：增塑剂e h d p 增塑剂d o p 增塑剂t b c 。 使用增塑剂e h d p 的效果明显好于d o p 和t b c 。 增塑剂含量p h r 图3 7 增塑剂不同配比的阻燃曲线图 3 3 4 2 不同增塑剂的阻燃机理分析 14 # ) o # 、2 1 # ) 添加不同增塑剂t b c 、e h d p 、d o p 的t g d t g 曲线如下，如图3 8 、3 - 9 、3 1 0 所示： 图3 1 0d o p 的t g d t g 曲线 2 5 浙江理工人学硕1 ：学位论文 从t g 曲线可以看出，p v c 的热降解大致可分为2 个阶段。第一阶段发生在约1 8 0 3 5 0 之间，主要是p v c 受热脱去h c l 和增塑剂的分解，失重显著，可以达到7 0 - 8 0 ， 第二阶段发生在4 5 0 - 6 5 0 左右，主要是p v c 脱氯化氢后结构的重整和碳骨架的断裂， 失重不大。而在d t g 曲线上可以看出，均分别在3 0 0 和4 8 0 附近出现失重峰。三种增 塑剂增塑p v c 时，热降解的第一阶段失重量相差不大，第二阶段d o p 与e h d p 增塑体系 的失重量小，表明其成碳结构的稳定性好，且残碳量大。 与t b c 增塑p v c 相比较，d o p 增塑时，在曲线上第一个热失重峰推迟，第二个失重 峰提前，说明d o p 前期可以抑制p v c 的降解，脱h c i 后形成的碳结构稳定性差；而e h d p 增塑时，第一个峰和第二个峰与t b c 分别出现的温度差不多，但第一个峰的最大失重速 率较t b c 增塑时明显增大，说明e h d p 增塑时，加快了p v c 脱h c l 的速率，促进其早 期交联成炭。所以说阻燃效果：e h d p d o p t b c 。 浙江理- 丁人学硕：学位论文 3 4 本章小结 本章主要制备g f p v c 复合材料，在不同增塑剂不同配比的情况下，对复合材料的力 学性能、刚柔性、隔声性能与阻燃性进行了探讨，得到了以下结论： ( 1 ) g f p v c 复合材料的抗拉强度随增塑剂含量的增加而降低，且加增塑剂t b c 与 d o p 的复合材料的拉伸强度大小差不多，都大于加e h d p 增塑剂的复合材料。当增塑剂 的配比小于1 1 5 份时，加d o p 复合材料的拉伸强度略大于加t b c 的，当增塑剂配比超过 11 5 时，加t b c 的复合材料的拉伸强度略大于加d o p 的，这表明加增塑剂t b c 与d o p 复合材料的抗拉效果较好。而且这三种增塑剂的配比在1 3 0 份时复合材料抗拉强度的变化 曲线最缓，这表明增塑剂配比在1 3 0 份时抗拉强度的变化速率最慢。 ( 2 ) 三种不同增塑剂的复合材料随着增塑剂配比的提高而断裂伸长率增大，在相同 配比的情况下，力n t b c 的复合材料的断裂伸长率与j j i d o p 的比较接近，i j i e h d p 的复合材 料的最小，且加三种增塑剂的复合材料的断裂伸长率在1 3 0 份时大小比较接近。 ( 3 ) 三种不同增塑剂的复合材料的剥离强度随着增塑剂配比的增多而减小，其中d o p 和t b c 剥离强度的变化幅度较小，e h d p 的变化幅度较大。 ( 4 ) 三种不同增塑剂的复合材料的柔软度随着增塑剂用量的增加，柔软度增大，变化 规律是e h d p t b c d o p ，且加e h d p 的与加t b c 的比较接近。 ( 5 ) 在复合材料面密度相近的情况下，不同增塑剂对复合材料的隔声性能几乎没有影 响，同种增塑剂的不同配比对复合材料的隔声性能影响很小。 ( 6 ) 三种不同增塑剂的阻燃性是e h d p d o p t b c 。且t b c 与d o p 的阻燃性比较接 近，e h d p 的最好。 ( 7 ) 综合考虑三种增塑剂的价格和不同含量的各种性能可知，考虑到增塑剂d o p 的 致癌性，不选用d o p 。若无须要很好的阻燃性复合材料就选用增塑剂t b c 比较好；若需 制得阻燃性好的复合材料就选用e h d p 。且配比都在1 3 0 时较理想。本研究后面用到的增 塑剂都是t b c 。 2 7 浙江理工人学硕l ：学位论文 4 1 引言 第四章偶联剂对g f p v c 复合材料复合特性的影响 复合材料的性能不仅与增强纤维、基体树脂的性能及含量有关，在很大程度上还取决 于纤维与基体树脂的界面结合程度 8 8 】，即玻璃纤维与基体树脂之间的键接强度【8 9 - 9 0 1 。由于 玻璃纤维与聚氯乙烯基体树脂结合的界面存在“自由孔隙 9 1 - 9 2 1 ，影响了g f p v c 截面的 结合强度，要改善玻璃纤维与聚氯乙烯基体树脂的结合强度，只有对g f 经过适当的表面 处理后才能克服其纤维表面光滑、吸附水膜及与高分子树脂粘合力差等缺点【9 3 】。一般表面 处理剂称为浸润剂。其中浸润剂主要有成膜剂与偶联剂。纤维与基体树脂的浸润性和界面 粘接性是影响复合材料性能的最关键因素之一，为了改善纤维树脂界面的粘结性能，通 常采用偶联剂处理玻璃纤维，使玻璃纤维与树脂基体聚氯乙烯通过化学键或者物理吸附牢 固结合，从而有效地提高复合材料的力学性能【9 4 。9 5 1 。我们选择3 种偶联剂及不同偶联剂含 量对材料的各种性能进行了比较分析。 4 2 实验部分 4 2 1 实验材料 聚氯乙烯( p v c ) ：白色粉末，热塑性塑料。天津渤海化工有限责任公司； 柠檬酸三丁酯( t b c ) - 透明油状液体，江苏雷蒙化工科技有限公司； 环氧大豆油( e s o ) ：辅助增塑剂，常温下为浅黄色粘稠油状液体。浙江桐乡市嘉澳化 工有限公司； 玻璃纤维( g f ) ：杭州玻璃纤维厂提供，( 规格：e w l o o ) ； 甲基硅油：脱模剂，杭州经济技术开发区博洋工贸有限公司； 硅烷偶联剂( k i l 5 5 0 、k h 5 6 0 ) 与钛酸酯偶联剂h w l 0 1 ：杭少i 1 沸点化工有限公司； 4 2 2 实验设备 电子天平：北京赛多利司天平有限公司。 数字式织物厚度仪：y g l 4 1 型，温州大荣纺织标准仪器厂生产。 b s w a v s 3 0 2 u s b 双通道声学分析仪：北京声望电技术有限公司生产。 微机控制电子万能测试机：日本岛津公司生产。 扫描电子显微镜：j s m 5 6 1 0 l v 型，日本电子有限公司生产。 2 8 浙江理工人学硕 二学位论文 4 2 3 试样制备 见2 3 2 用偶联剂改性g f 制得g f p v c 复合材料的制备 4 3 结果与讨论 实验制作了如下几块g f p v c 试样，相关参数如下： 表4 1 试样相关参数 注：各测试值均取三次测试的平均值，文中备测试值均如此。 4 3 1 样品的扫描电镜观察 由图4 1 ( a ) 可以看出未加偶联剂的时候，g f p v c 的结合比较松散，它们之间存在较多 的空隙和孔洞。图4 1 ( b ) 、( c ) 、( d ) 可知加入偶联剂k h 5 5 0 以后它们的结合程度得到了改善， 其中k h 5 5 0 的加入量的不同结合程度也不同，当加入量为o 5 时，g f p v c 结合处也还 有少量空隙和孔洞，当k h 5 5 0 的量为1 时g f p v c 的界面结合较紧密，如图4 1 ( c ) 所 示。当偶联剂超过1 时，如图4 1 ( d ) 所示，g f p v c 的结合看起来也紧密，但是每根纤维 外面裹了很厚的一层东西。这是因为当偶联剂加入适量时在g f 表面形成的是一层单分子 层，但偶联剂加入过量时在g f 表面形成的是双分子或多分子层。 图4 1 ( e ) 和图4 1 ( f ) 可知当加入偶联剂k h 5 6 0 的量为0 5 时g f p v c 的结合界 面还存在有空隙和孔洞，k h 5 6 0 的加入量为2 时复合材料的界面结合较紧密。 f h ) h w l o l - 1 圈4 1 g f p v c 的结合s e m 阁 3 0 浙扛理i 学硕学位论立 图4 1 ( g ) 和图4 1 ( h ) 可知当加入钛酸酯偶联剂h w l 0 1 的量为05 时g f p v c 的 结合紧密，当加入量为1 时，g f 与p v c 的结合情况与加0 5 时差不多。这些图片为说 明偶联剂的加入量在多少时效果较好提供了依据。 4 3 2 偶联剂对g f p v c 复合材料力学性能的影响 4 3 2 1 偶联剂对g f p v c 复合材料拉伸性能的影响 下面为试样的拉伸性能的数据表和图： 表4 2 试样的拉伸性能参数； l #7 6 321 29 0 843 5 2 # l l l 4 01 76 5 456 3 3 #1 1 6 2 41 84 】47 2 4 4 #1 0 】72 1 55 8 9 59 3 5#89531 53 3 756 5 6#80661 22 6 879 6 硎 9 2 1 1 1 55 1 31 0 1 3 8 #9 4 80】63 8 088 4 蜊9 7 39】63 3 4 85 6 1 0 #1 0 8 6 11 82 5 41 19 1 11#8987 1 4 1 8 19 1 3 】2 #】0 5 471 72 5 58 9 0 】3 #1 0 0 42 1 68 0 672 0 1 4 #9 1 871 42 1 61 07 7 15#899l1 43 0 01 02 2 l甜854l1 35 0 48 4 6 洼每块试样均测= 扶求、f 均值 r 鼎 垂 g 伸长长睦砌 ( a ) 含i o 5 5 0 的拉伸强力图 长 垂 捌 01234567 伸长长自如 ( b ) 含k 1 1 5 6 0 的拉伸强力图 ， | 1 一 一 w * m 一 啪 啪 黜 袖 | 暑 o 浙江理i 大学碗学位论文 _ r 垂 裂 伸长长度 唧 ( c ) 古h 1 1 0 1 的拉伸强力图 图4 2 不同佣联剂不同音量的拉伸图 由图42 和表42 可以看出硅烷偶联剂k h 5 5 0 和k h 5 6 0 的加入提高了g f p v c 的拉伸 性能，它们的变化规律是先升高后降低，其中k h 5 5 0 用量在1 时g f p v c 的拉伸效果更 好，它的摄佳拉伸断裂强度比未加偶联剂时g f ，p v c 的断裂强度提高了4 27 ，断裂伸长 率提高了6 64 。其中k h 5 6 0 的用量为2 时g f ，p v c 的拉伸效果更好它比末加偶联剂 时g f ，p v c 的断裂强度提高了4 14 ，断裂伸长率提高了1 7 3 8 。钛酸酯偶联剂h w l 0 1 的加入也提高了g f ，p v c 的拉伸性能，它的拉伸强度变化规律是一直降低。断裂伸长率是 先升高后降低，其中在用量在o5 时效果更好，g f ，p v c 的断裂强度提高了3 02 。即三 种偶联剂对g f p v c 复合材料的抗拉强度的最值规律是k h 5 5 0 k h 5 6 0 h w l o l ，断裂伸长 率的最值规律是：k h 5 6 0 h w l 0 1 k h 5 5 0 。 其原理分析由图41 的电镜图片可知，未加偶联剂时g f p v c 复合材料的g f 与p v c 存在大量的空隙和孔洞，复合材料里的玻璃纤维分布比较松散。又因g f 伊v c 复台材料的 力学性能主要是由玻璃纤维决定，当受外力拉伸时，松散的玻璃纤维受力不均匀，单根的 玻璃纤维先断，结果导致固定宽度复合材料的最大拉伸力偏小。加偶联剂以后，聚氯乙烯 和玻璃纤维结合都较紧密，当拉伸试样条时，复合材料里的玻璃纤维是均匀受力，所以拉 断试样所需要的最大力增大。此外，当偶联剂用量过多时，则必然会存在游离状各的偶联 剂小分子，它们在体系中起到增塑剂的作用，降低或削弱p v c 大分子间的作用力，从而也 导致了复合材料力学性能的降低。 4 3 2 2 偶联剂对g f ，p v c 复合材料剥离强度的影响 下面是试样的剥离强力图： * 江理工 学学位论z r 嘿 龌 赢 r 鼎 缸 鬲 采 鼎 _ 匝 丽 伸长r g m m ( b ) k i t 5 6 0 不同含量与未加时的剥离强度 伸长度m m ( c ) i t w l 0 1 不同台量与未加时的剥离强度 固t 3 不同偶联剂不同含量的剥离图 图43 ( a ) 、( b ) 、( c ) 为不同偶联荆不同含量复合材料的剥离强力图，图中刚开 始0 1 0 m m 的位移范围内，剥离强力与位移几乎成线性关系，这是由于刚开始坝4 试剥离 强力时产生的位移是由已剥离的p v c 的伸长引起的，因此剥离强力的数据在1 0 6 0 m m 的位移范围内进行分析。图4 3 ( a ) 偶联剂k h 5 5 0 不同含量与未加偶联剂复合材料的剥离 强力比较圈，从图中可以看出，偶联剂k h 5 5 0 的含量为1 时复合材料的剥离强力最大， 约是未加偶联剂复合材料剥离强力的18 倍，其它含量时复合材料的剥离强力跟不加时比 较接近。图43 ( b ) 是偶联荆k h 5 6 0 不同含量与未加偶联剂的复合材料的剥离强力，从中 可以看出偶联剂的含量在2 时复合村料的剥离强力效果较好，约为未加偶联剂时复合材 料的1 5 倍。图4 3 ( c ) 可以看出偶联剂h w l 0 1 的加入量为05 时复合材料的剥离强力 最好，其次是1 ，其它含量的复合材料与未加偶联剂时复合材料的剥离强力接近。其中 三种偶联剂对g f p v c 的剥离强度的最值规律是：k h 5 5 0 k h 5 6 0 h w l 0 1 。这些能从国 浙江理1 二大学硕士学位论文 4 1 g f 与p v c 的界面结合情况找到依据，即g f 与p v c 界面结合越好时，力学性能就越好。 4 3 3 偶联剂对g f p v c 复合材料的力学性能从作用机理来分析 化学键理论认为，偶联剂含有一种化学官能团与无机填料表面的质子作用形成共价 键，此外偶联剂还含有至少一种不同的官能团与聚合物分子键合，从而偶联剂就起着在 无机相与有机相之间相互连接的桥梁作用，导致较强的界面结合。 本实验用到的硅烷偶联剂是k h 5 5 0 与k h 5 6 0 和钛酸酯偶联剂h w l 0 1 ，它们各自的分子 结构式为： 甲c h 3 n h 2 c h 2 - c h 2 - c h 2 。 r o c h 3 k h 5 5 0 o c i - 1 3 o 甲c h 3 c h , - - c c h 2 _ o c 3h 6 。 r o c h 3 k h 5 6 0 o c h 3 i h 3冒宁h 3 c h 3 一c 卜i 一旷p c h - ( c h 2 ) 1 4 c a 3 ) 3删o l 这些表面反应的机理可归纳为：( 1 ) 首先是有机硅氧烷水解，生成硅醇，然后再与g f 表面的羟基反应，生成稳定的s i o s i 键结构反应过程可表达为： q c h 39 h i i c 飓一旷旷r + h 2 0 一o 旷r li o c h 0 h 甲h r o h + o h 。 o h 予f ( 一旷r 旷r 旷ii 甲甲 一s f o s 广。一 反应式中r s i x 3 为硅烷偶联剂的通式，其中r 是可与聚合物基体产生相互作用的基团， 3 4 浙江理工人学硕l 学位论文 x 为甲氧基、乙氧基和氯等能够发生水解的基团或原子，g f 代表玻璃纤维。( 2 ) 钛酸 酯偶联剂h w l 0 1 的反应过程可表示为： ；， ? 魄? f h 3 口- o h + c 遍i 一睹之h _ ( c 吵吣 ?c h 3 l 一口一d 娟o - - c - - c jh - - ( c h ：) c 坞】y j c h o h i ，e h 3 c h 其d 代表玻璃纤维( g f ) ，钛酸酯偶联剂通过烷氧基团与g f 表面吸附的微量羟基或 质子发生化学反应，偶联剂在g f 的表面形成较牢固的包覆层，同时释放异丙酸。所以用 偶联剂以后g f p v c 复合材料的力学性能提高了，当偶联剂用量过多时g f 表面形成了多 分子层，同时存在定游离的偶联剂，影响了g f 与p v c 的化学键合，从而影响了复合材 料的力学性能。 4 3 4 偶联剂对g f p v c 复合材料柔软度的影响 下图为不同偶联剂不同含量时的刚度图： m i l l - - k h 5 5 0 鲁 o z 越 区 偶联剂含量 图4 4 柔软度图 6 0 0 1 6 5 4 3 2 1 0 9 8 7 6 5 6 6 6 6 6 6 6 5 5 5 5 5 o 0 0 0 0 0 0 o 0 o 0 0 浙江理t 大学硕仁学位论文 由图4 4 可以看出加入偶联剂以后，g f p v c 的复合材料的刚度增加，柔软度降低， 其中在偶联剂加入量相同的情况下，加入偶联剂k h 5 5 0 或h w l 0 1 复合材料的刚度大小接 近，且大于加入偶联剂k h 5 6 0 的复合材料的刚度，即加入偶联剂k h 5 6 0 的复合材料的柔 软度较好。但是加入偶联剂以后的复合材料的刚软度都小于1 n c m ，显示了良好的柔韧性 能，说明偶联剂的加入对柔软性影响不大。 4 3 5 偶联剂k h 5 6 0 对g f p v c 复合材料隔声性能的影响 从图4 5 中可以看出在面密度接近的情况下，同种偶联剂不同含量对复合材料的隔声 量几乎没有影响。这是因为隔声量的大小主要是由复合材料的面密度决定，所以偶联剂的 含量对隔声性能没有什么影响。 - - - 7 嚣 口 咧 设 窿 频率h z 图4 5 偶联剂k h 5 6 0