CN114752169A - 光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级pmma复合材料及其制备方法 - Google Patents
光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级pmma复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料及其制备方法，所述的其PMMA复合材料原料组成为：由光棒废料改性粉末、PMMA、补强添加剂和改性剂组成，所述的原料的重量份配比为：PMMA 100份、光棒废料改性粉末0.5‑2份、补强添加剂2‑4份和改性剂1‑3份。本发明所述的PMMA复合材料通过补强添加剂可以增加PMMA的机械强度，并通过改性剂改善由于补强添加剂所带来的硬度高的缺陷，使PMMA复合材料更易于加工；通过光棒废料改性粉末的填充可以进一步改善PMMA的机械强度、韧性和延展性，进一步提高PMMA复合材料的可加工性能；同时参与PMMA复合材料的光棒废料改性粉末、补强添加剂和改性剂均不影响PMMA优良的光透性。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料及其制备技术领域，尤其是涉及一种光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料及其制备方法。
背景技术
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种高分子聚合物，又称为亚克力或有机玻璃，是目前最优良的高分子透明材料之一，透光率可达92％，比玻璃的透光度高，而且价格低、易于机械加工。但PMMA具有较为明显的缺陷：使用温度低、机械强度低、耐磨性差等。
光纤预制棒制备是光纤生产的最重要的一环，在光纤预制棒制备过程中会产生大量的废料即光棒废料，当前我国每年产生的此类废料约4-6万吨且每年还在持续增长。光棒废料的主要成分为纳米级多孔二氧化硅，目前处理这种废料的方式是直接填埋，不但造成极大的资源浪费而且容易污染环境。因此，将制备光纤预制棒产生的光棒废料予以回收再利用，且可以产生良好的特有技术效果具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种利用光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料及其制备方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料，其原料组成为：由光棒废料改性粉末、PMMA、补强添加剂和改性剂组成，所述的原料的重量份配比为：PMMA100份、光棒废料改性粉末0.5-2份、补强添加剂2-4份和改性剂1-3份。
进一步地，上述的改性剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。
进一步地，所述的补强添加剂为甲基丙烯酸封端聚苯醚树脂，补强添加剂可以起到交联补强的作用，使PMMA的耐热性、机械强度以及表面耐磨性得到提高，但其同时会增加混合体系的硬度，使混料的PMMA体系加工更为困难，本发明同时将乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物，可以改善由此带来的缺陷，提高混合体系的韧性和可加工性。
进一步地，所述光棒废料改性粉末的制备方法，包括以下步骤：将光纤预制棒废料烘干、破碎、过筛后得到50-60目的粒料，将得到的粒料在500-600℃下焙烧1.5-2.5h，取出并置于干燥器内自然冷却，得到纳米粉料，然后将得到的纳米粉料与浓度为30％的工业盐酸按1:2-3配料，在80-90℃酸浸5-8h，经中和、过滤、洗涤、干燥既得。
进一步地，所述的纳米粉料与浓度为30％的工业盐酸按1:2-3配料为按照重量配料，即1重量份的纳米粉料与2-3重量份的工业盐酸进行配料混合。
所述的光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料的制备方法，包括以下步骤：将PMMA经干燥处理后与光棒废料改性粉末、补强添加剂和改性剂按照重量份配比：PMMA 100份、光棒废料改性粉末0.5-2份、补强添加剂2-4份、改性剂1-3份称量混合；经混合后的原料置于共混机中高速共混15-20min，然后经螺杆挤出机混炼、造粒后得到所述复合材料。
进一步地，所述的干燥处理条件为：将PMMA在75℃下烘干6h；挤出工艺条件为：在170～220℃通过双螺杆挤出机熔融混合。
所述光棒废料改性粉末较之普通的光棒废料粉末具有无可比拟的性能优势，光棒废料直接粉碎后的粒径无法达到纳米级，粒径非常大因此很难融合于PMMA体系中，且添加普通的光棒废料粉末的PMMA体系透明度会受到直接的影响，机械强度亦会降低。经煅烧后的纳米光棒废料粉末可完全裂解为纳米粉末，其实际为一种粗晶状态下的粉末，粒径小且表面多孔，因此可以分布于PMMA链间对PMMA体系起到一定的补强作用，但该粉末在PMMA体系中的分散性较差，且容易发生团聚，因此实际补强作用往往较为有限，而且会影响PMMA体系的透光性；而酸浸后的粉料较煅烧后的纳米光棒废料粉末的粒径更小、比表面积更大，因此表现出更强的活性，可以更好的分散于PMMA体系中，与PMMA分子起键合作用提高分子间键力，同时还有一部分酸浸后的粉料分布于PMMA分子链的空隙中，从而提高PMMA体系的强度、韧性和延展性；而且酸浸后的粉料较煅烧后的纳米光棒废料粉末的流动性更高、透光性更好，使PMMA体系表面更致密细洁、摩擦系数更小、耐磨性更优良。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果：
本发明所述的PMMA复合材料通过补强添加剂可以增加PMMA的机械强度，并通过改性剂改善由于补强添加剂所带来的硬度高的缺陷，使PMMA复合材料更易于加工；通过光棒废料改性粉末的填充可以进一步改善PMMA的机械强度、韧性和延展性，进一步提高PMMA复合材料的可加工性能；同时参与PMMA复合材料的光棒废料改性粉末、补强添加剂和改性剂均不影响PMMA优良的光透性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步地说明。
实施例1：光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料，其原料组成为：由光棒废料改性粉末、PMMA、补强添加剂和改性剂组成，所述的原料的重量份配比为：PMMA100份、光棒废料改性粉末1份、补强添加剂3份和改性剂2份。
进一步地，上述的改性剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物；所述的补强添加剂为甲基丙烯酸封端聚苯醚树脂。
进一步地，所述光棒废料改性粉末的制备方法，包括以下步骤：将光纤预制棒废料烘干、破碎、过筛后得到50-60目的粒料，将得到的粒料在550℃下焙烧2h，取出并置于干燥器内自然冷却，得到纳米粉料，然后将得到的纳米粉料与浓度为30％的工业盐酸按2:5的重量份配料，在85℃酸浸6h，经中和、过滤、洗涤、干燥既得。
实施例2：光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料，其原料组成为：由光棒废料改性粉末、PMMA、补强添加剂和改性剂组成，所述的原料的重量份配比为：PMMA100份、光棒废料改性粉末0.5份、补强添加剂2份和改性剂1份。
进一步地，上述的改性剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物；所述的补强添加剂为甲基丙烯酸封端聚苯醚树脂。
进一步地，所述光棒废料改性粉末的制备方法，包括以下步骤：将光纤预制棒废料烘干、破碎、过筛后得到50-60目的粒料，将得到的粒料在500℃下焙烧1.5h，取出并置于干燥器内自然冷却，得到纳米粉料，然后将得到的纳米粉料与浓度为30％的工业盐酸按1:3的重量份配料，在80℃酸浸5h，经中和、过滤、洗涤、干燥既得。
实施例3：光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料，其原料组成为：由光棒废料改性粉末、PMMA、补强添加剂和改性剂组成，所述的原料的重量份配比为：PMMA100份、光棒废料改性粉末2份、补强添加剂4份和改性剂3份。
进一步地，上述的改性剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物；所述的补强添加剂为甲基丙烯酸封端聚苯醚树脂。
进一步地，所述光棒废料改性粉末的制备方法，包括以下步骤：将光纤预制棒废料烘干、破碎、过筛后得到50-60目的粒料，将得到的粒料在600℃下焙烧2.5h，取出并置于干燥器内自然冷却，得到纳米粉料，然后将得到的纳米粉料与浓度为30％的工业盐酸按1:2的重量份配料，在90℃酸浸8h，经中和、过滤、洗涤、干燥既得。
实施例4：光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料，其原料组成为：由光棒废料改性粉末、PMMA、补强添加剂和改性剂组成，所述的原料的重量份配比为：PMMA100份、光棒废料改性粉末1.5份、补强添加剂2.5份和改性剂2.5份。
进一步地，上述的改性剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物；所述的补强添加剂为甲基丙烯酸封端聚苯醚树脂。
进一步地，所述光棒废料改性粉末的制备方法，包括以下步骤：将光纤预制棒废料烘干、破碎、过筛后得到50-60目的粒料，将得到的粒料在520℃下焙烧2.2h，取出并置于干燥器内自然冷却，得到纳米粉料，然后将得到的纳米粉料与浓度为30％的工业盐酸按3:7的重量份配料，在85℃酸浸7h，经中和、过滤、洗涤、干燥既得。
对比例1：光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料，其原料组成为：由光棒废料改性粉末、PMMA、补强添加剂和改性剂组成，所述的原料的重量份配比为：PMMA100份、光棒废料改性粉末1份、补强添加剂3份和改性剂2份。
进一步地，上述的改性剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物；所述的补强添加剂为甲基丙烯酸封端聚苯醚树脂。
进一步地，所述光棒废料改性粉末的制备方法，包括以下步骤：将光纤预制棒废料烘干、破碎、过筛后得到50-60目的粒料，将得到的粒料在500-600℃下焙烧1.5-2.5h，取出并置于干燥器内自然冷却，得到的纳米粉料为该实施例的光棒废料改性粉末。
上述实施例1-4及对比例1中所述的光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料的制备方法，包括以下步骤：将PMMA经干燥处理后与光棒废料改性粉末、补强添加剂和改性剂按照实施例中所述的重量份配比进行称量混合；经混合后的原料置于共混机中高速共混18min，然后经螺杆挤出机混炼、造粒后得到所述复合材料；所述的干燥处理条件为：将PMMA在75℃下烘干6h；挤出工艺条件为：在170～220℃通过双螺杆挤出机熔融混合，挤出条采用循环水槽冷却至常温，然后经吹风机吹风干燥后造粒后得到所述PMMA复合材料。
对比例2：该实施例中以与上述实施例1-4及对比例1中相同的PMMA作为原料，将PMMA经干燥处理后置于共混机中高速共混18min，然后经螺杆挤出机混炼、造粒后得到本实施例的复合材料；所述的干燥处理条件为：将PMMA在75℃下烘干6h；挤出工艺条件为：在170～220℃通过双螺杆挤出机熔融混合，挤出条采用循环水槽冷却至常温，然后经吹风机吹风干燥后造粒后得到本实施例的PMMA复合材料。
将上述实施例1-4及对比例1-2中得到的PMMA复合材料进行性能测试，包括①磨耗性能测试：将待测样称量并固定在耐磨测试设备上，在相同条件下进行相同次数的刮磨，取下待测样称量，磨损的质量即作为复合材料耐磨性的参数，磨损质量越少表示材料耐磨性越好；②拉伸性能测试：测试标准按照GB/T 258-2009进行；玻璃化转变温度(Tg)测试：测试标准按照GB/T 19466.2-2004进行。测试结果如下表所示：
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明还可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料，其特征在于，其原料组成为：由光棒废料改性粉末、PMMA、补强添加剂和改性剂组成，所述的原料的重量份配比为：PMMA100份、光棒废料改性粉末0.5-2份、补强添加剂2-4份和改性剂1-3份。
2.根据权利要求1所述的光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料，其特征在于：所述的改性剂为乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。
3.根据权利要求1所述的光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料，其特征在于：所述的补强添加剂为甲基丙烯酸封端聚苯醚树脂。
4.根据权利要求1所述的光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料，其特征在于：所述光棒废料改性粉末的制备方法，包括以下步骤：将光纤预制棒废料烘干、破碎、过筛后得到50-60目的粒料，将得到的粒料在500-600℃下焙烧1.5-2.5h，取出并置于干燥器内自然冷却，得到纳米粉料，然后将得到的纳米粉料与浓度为30％的工业盐酸按1:2-3配料，在80-90℃酸浸5-8h，经中和、过滤、洗涤、干燥既得。
5.根据权利要求4所述的光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料，其特征在于：所述的纳米粉料与浓度为30％的工业盐酸按1:2-3配料为按照重量配料。
6.权利要求1-5任一项所述的光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将PMMA经干燥处理后与光棒废料改性粉末、补强添加剂和改性剂按照重量份配比：PMMA100份、光棒废料改性粉末0.5-2份、补强添加剂2-4份、改性剂1-3份称量混合；经混合后的原料置于共混机中高速共混15-20min，然后经螺杆挤出机混炼、造粒后得到所述复合材料。
7.根据权利要求6所述的光棒废料改性粉末填充的高抗冲透明级PMMA复合材料的制备方法，其特征在于：所述的干燥处理条件为：将PMMA在75℃下烘干6h；挤出工艺条件为：在170～220℃通过双螺杆挤出机熔融混合。
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