聚丙烯纤维表面改性研究,建筑材料论文

聚丙烯纤维表面改性研究,建筑材料论文以玻化微珠为轻质骨料，水泥、石膏和粉煤灰等胶凝材料为主要原料，经模压成型制备的玻化微珠无机保温材料，其密度与力学强度要求往往不能兼顾.在这里体系中引入加强纤维，能够使保温材料在较小密度下具有较高强度，且适宜掺量的加强纤维不会对保温材料的密度和导热系数有较大影响.聚丙烯纤维是一种柔性纤维，在水泥砂浆和混凝土制品中有着出色的阻裂效果[1-2],但聚丙烯纤维外表能低，外表不含任何活性基团，往往影响其应用效果.对聚丙烯纤维外表进行适当改性，可加强其与水泥等无机胶凝材料的界面结合力，提高复合材料的力学强度.1试验1.1原材料玻化微珠：山东创智新材料科技有限公司产Ⅱ类玻化微珠，其主要性能指标见表1;聚丙烯纤维〔PP〕：四川华神化学建材有限责任公司产，其基本性能指标见表2;水泥：中联水泥厂产42.5R快硬硫铝酸盐水泥；粉煤灰：华电国际邹县发电厂Ⅰ级粉煤灰，符合GB/T1596-2005(用于水泥和混凝土中的粉煤灰〕的各项要求；醋酸乙烯-乙烯共聚乳液〔简称VAE乳液〕：南京丹沛化工有限公司产，固含量〔文中牵涉的固含量、浓度和掺量等除十分注明外均为质量分数〕55.5%;聚乙烯醇缩甲醛胶，固含量3.38%;建筑石膏粉：0.2mm方孔筛筛余量8.7%,初凝时间5min,终凝时间26min;氢氧化钠：分析纯化学试剂，NaOH含量96%.1.2聚丙烯纤维外表改性处理碱处理：取适量聚丙烯纤维放入浓度为5%的NaOH溶液中浸泡8h后取出，用蒸馏水洗净外表，晾干备用.包覆改性处理：将碱处理后的聚丙烯纤维放入VAE乳液稀释液〔m〔VAE乳液〕∶m〔水〕=1∶1〕中搅拌浸泡20min,取出纤维并压挤出多余液体，物理分散、烘干后待用.1.3试验方式方法按m〔玻化微珠〕∶m〔聚乙烯醇缩甲醛胶〕∶m〔水泥〕∶m〔粉煤灰〕∶m〔石膏〕=1.00∶1.00∶0.80∶0.20∶0.08,准确称量各物料.聚丙烯纤维掺量与相应的试样编号见表3,华而不实P组为掺加未改性聚丙烯纤维的复合保温材料试样、A组为掺加碱处理聚丙烯纤维的试样、C组为掺加VAE乳液包覆改性聚丙烯纤维的试样.先将玻化微珠、聚丙烯纤维、水泥、粉煤灰和石膏混合均匀，聚乙烯醇缩甲醛胶通过喷射枪以雾化状态均匀喷射到混合料中，再将混合料倒入500mm300mm80mm的模具中整平，并在0.47MPa压力下模压成型，1h后脱模，得到500mm300mm50mm的保温板材.在20℃,相对湿度95%的条件下养护3d后，将保温板材放入60℃电热鼓风枯燥箱中烘干备用.将制备的保温板材根据标准要求分别加工成250mm100mm50mm的抗折试样和100mm100mm50mm的抗压试样，根据GB/T5486-2008(无机硬质绝热制品试验方式方法〕分别测试各试样的抗折强度和抗压强度；参照GB/T20473-2006(建筑保温砂浆〕测试试样的软化系数，试样尺寸与抗压强度测试尺寸一样；将板材加工成尺寸为300mm300mm25mm,按照GB/T10294-2008(绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法〕，使用IMDRY3001-Ⅵ智能型双平板导热系数测定仪〔精到准确至0.0001,测量精度3%〕测试试样的导热系数；对改性前后聚丙烯纤维外表的微观形貌及复合保温材料的断口形貌进行SEM分析.2结果与讨论2.1聚丙烯纤维掺量对复合保温材料力学性能的影响聚丙烯纤维掺量对玻化微珠复合保温材料试样力学性能影响如此图1所示.由图1能够看出，复合保温材料试样的抗折强度随聚丙烯纤维掺量的增加逐步增大，当纤维掺量超过1.0%后，试样的抗折强度趋于稳定；复合保温材料试样的抗压强度随纤维掺量的增加先增大后减小，变化幅度不大；当聚丙烯纤维的掺量到达1.0%时，试样的抗折强度和抗压强度均到达最大，分别为0.62,1.47MPa,较空白试样P0分别提高了93.75%和7.30%.2.2聚丙烯纤维掺量对复合保温材料密度和导热系数的影响复合保温材料的密度和导热系数测试结果见表4.由表4能够看出，聚丙烯纤维掺量对复合保温材料的密度和导热系数影响甚微，试样的密度基本保持在299kg/m3,导热系数为0.0698~0.0699W/〔mK〕。2.3聚丙烯纤维外表改性对复合保温材料性能的影响聚丙烯纤维外表改性对复合保温材料力学性能和软化系数的影响见图2,3.由图2可知，聚丙烯纤维分别经碱处理和VAE乳液包覆改性处理后，可使复合保温材料试样A和试样C的抗折强度由未改性处理试样P5的0.62MPa分别提高到0.71,0.98MPa,增加了14.52%和58.06%;试样A和试样C的抗压强度由试样P5的1.47MPa分别提高到1.53,1.62MPa,增加了4.08%和10.20%.由图3能够看出，经碱处理的聚丙烯纤维对复合保温材料的软化系数基本没有影响，而经VAE乳液包覆改性处理的聚丙烯纤维可使复合保温材料的软化系数由未改性处理试样P5的0.40增大到0.45,提高了12.50%.由此可知，对聚丙烯纤维进行碱处理和包覆改性处理均可明显改善玻化微珠复合保温材料的抗折强度.比照2种外表改性处理方式的效果，发现经VAE乳液包覆改性处理的聚丙烯纤维对复合保温材料力学强度和软化系数的提高作用均明显优于经碱处理的聚丙烯纤维.聚丙烯纤维外表处理方式对复合保温材料密度和导热系数的影响不大.复合保温材料试样A和试样C的密度和导热系数与未改性处理试样P5相比均无明显变化，3种复合保温材料试样的密度和导热系数基本上保持在299kg/m3和0.0699W/〔mK〕左右.2.4聚丙烯纤维外表改性效果分析聚丙烯纤维的外表改性提高了玻化微珠复合保温材料力学强度和软化系数，但纤维外表处理方式的加强效果明显不同.为研究聚丙烯纤维外表处理方式对复合保温材料加强效果的差异，利用SEM对纤维微观形貌〔图4〕进行观察.由图4可见，未经外表改性处理的聚丙烯纤维外表光滑干净，纤维比外表积较小；经碱处理后的聚丙烯纤维外表出现一些点状物和凹痕，粗糙度明显提高，比外表积增加，外表能提高；经VAE乳液包覆改性处理的聚丙烯纤维外表改性效果最为明显，外表包覆了1层乙烯与醋酸乙烯共聚物〔EVA〕，呈现凹凸不平的形貌，纤维与基体材料的接触面积显着增大，改善了纤维与基体的界面吸附及结合状况.聚丙烯纤维在碱处理的经过中，纤维外表的杂质被侵蚀溶解，原来的杂质位置上留下微小孔隙；当纤维在VAE乳液中充分搅拌时，乳液中的EVA容易吸附在不光滑的纤维外表上，与纤维构成较为牢固的结合.EVA带有的极性基团及凹凸不平的外表，均可提高其与体系中胶凝材料〔水泥、石膏和粉煤灰〕水化产物及聚乙烯醇缩甲醛胶的界面结合，进而改善复合材料的界面性能.根据复合保温材料成型工艺的特点，物料经搅拌和施胶后，玻化微珠和聚丙烯纤维外表均黏附着1层水泥、粉煤灰、石膏颗粒