聚丙烯纖維的表面改性提高了玻化微珠複合保溫材料力學強度和軟化係數，但纖維表面處理方式的增強效果明顯不同，下面是小編整理推薦的一篇探究聚丙烯纖維表面改性的論文範文，供大家閱讀參考。
以玻化微珠為輕質骨料，水泥、石膏和粉煤灰等膠凝材料為主要原料，經模壓成型製備的玻化微珠無機保溫材料，其密度與力學強度要求往往不能兼顧.在此體系中引入增強纖維，可以使保溫材料在較小密度下具有較高強度，且適宜摻量的增強纖維不會對保溫材料的密度和導熱係數有較大影響.
聚丙烯纖維是一種柔性纖維，在水泥砂漿和混凝土製品中有著出色的阻裂效果[1-2],但聚丙烯纖維表面能低，表面不含任何活性基團，往往影響其應用效果.對聚丙烯纖維表面進行適當改性，可增強其與水泥等無機膠凝材料的介面結合力，提高複合材料的力學強度.
1試驗
1.1原材料
玻化微珠：山東創智新材料科技有限公司產Ⅱ類玻化微珠，其主要效能指標見表1;聚丙烯纖維(PP)：四川華神化學建材有限責任公司產，其基本效能指標見表2;水泥：中聯水泥廠產42.5R快硬硫鋁酸鹽水泥;粉煤灰：華電國際鄒縣發電廠Ⅰ級粉煤灰，符合GB/T 1596-2005《用於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，固含量(文中涉及的固含量、濃度和摻量等除特別註明外均為質量分數)55.5%;聚乙烯醇縮甲醛膠，固含量3.38%;建築石膏粉：0.2mm方孔篩篩餘量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聚丙烯纖維表面改性處理
鹼處理：取適量聚丙烯纖維放入濃度為5%的NaOH溶液中浸泡8h後取出，用蒸餾水洗淨表面，晾乾備用.
包覆改性處理：將鹼處理後的聚丙烯纖維放入VAE乳液稀釋液(m(VAE乳液)∶m(水)=1∶1)中攪拌浸泡20min,取出纖維並壓擠出多餘液體，物理分散、烘乾後待用.
1.3試驗方法
按m(玻化微珠)∶m(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的試樣編號見表3,其中P組為摻加未改性聚丙烯纖維的複合保溫材料試樣、A組為摻加鹼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.
先將玻化微珠、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均勻噴射到混合料中，再將混合料倒入500mm×300mm×80mm的模具中整平，並在0.47MPa壓力下模壓成型，1h後脫模，得到500mm×300mm×50mm的保溫板材.
在20℃,相對溼度95%的條件下養護3d後，將保溫板材放入60℃電熱鼓風乾燥箱中烘乾備用.
將製備的保溫板材按照標準要求分別加工成250mm×100mm×50mm的抗折試樣和100mm×100mm×50mm的抗壓試樣，依據GB/T 5486-2008《無機硬質絕熱製品試驗方法》分別測試各試樣的抗折強度和抗壓強度;參照GB/T 20473-2006《建築保溫砂漿》測試試樣的軟化係數，試樣尺寸與抗壓強度測試尺寸相同;將板材加工成尺寸為300mm×300mm×25mm,依照GB/T 10294-2008《絕熱材料穩態熱阻及有關特性的測定防護熱板法》，使用IMDRY3001-Ⅵ智慧型雙平板導熱係數測定儀(精確至0.000 1,測量精度±3%)測試試樣的導熱係數;對改性前後聚丙烯纖維表面的微觀形貌及複合保溫材料的斷口形貌進行SEM分析.
2結果與討論
2.1聚丙烯纖維摻量對複合保溫材料力學效能的影響
複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%後，試樣的抗折強度趨於穩定;複合保溫材料試樣的抗壓強度隨纖維摻量的增加先增大後減小，變化幅度不大;當聚丙烯纖維的摻量達到1.0%時，試樣的抗折強度和抗壓強度均達到最大，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聚丙烯纖維摻量對複合保溫材料密度和導熱係數的影響
複合保溫材料的密度和導熱係數測試結果見表4.由表4可以看出，聚丙烯纖維摻量對複合保溫材料的密度和導熱係數影響甚微，試樣的密度基本保持在299kg/m3,導熱係數為0.069 8~0.069 9W/(m·K)。
2.3聚丙烯纖維表面改性對複合保溫材料效能的影響
聚丙烯纖維表面改性對複合保溫材料力學效能和軟化係數的影響見圖2,3.
由圖2可知，聚丙烯纖維分別經鹼處理和VAE乳液包覆改性處理後，可使複合保溫材料試樣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可以看出，經鹼處理的聚丙烯纖維對複合保溫材料的軟化係數基本沒有影響，而經VAE乳液包覆改性處理的聚丙烯纖維可使複合保溫材料的軟化係數由未改性處理試樣P5的0.40增大到0.45,提高了12.50%.由此可知，對聚丙烯纖維進行鹼處理和包覆改性處理均可明顯改善玻化微珠複合保溫材料的抗折強度.
對比2種表面改性處理方式的效果，發現經VAE乳液包覆改性處理的聚丙烯纖維對複合保溫材料力學強度和軟化係數的提高作用均明顯優於經鹼處理的聚丙烯纖維.聚丙烯纖維表面處理方式對複合保溫材料密度和導熱係數的影響不大.複合保溫材料試樣A和試樣C的密度和導熱係數與未改性處理試樣P5相比均無明顯變化，3種複合保溫材料試樣的密度和導熱係數基本上保持在299kg/m3和0.069 9W/(m·K)左右.
2.4聚丙烯纖維表面改性效果分析
聚丙烯纖維的表面改性提高了玻化微珠複合保溫材料力學強度和軟化係數，但纖維表面處理方式的增強效果明顯不同.為研究聚丙烯纖維表面處理方式對複合保溫材料增強效果的差異，利用SEM對纖維微觀形貌(圖4)進行觀察.
由圖4可見，未經表面改性處理的聚丙烯纖維表面光滑潔淨，纖維比表面積較小;經鹼處理後的聚丙烯纖維表面出現一些點狀物和凹痕，粗糙度明顯提高，比表面積增加，表面能提高;經VAE乳液包覆改性處理的聚丙烯纖維表面改性效果最為明顯，表面包覆了1層乙烯與醋酸乙烯共聚物(EVA)，呈現凹凸不平的形貌，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介面吸附及結合狀況.
聚丙烯纖維在鹼處理的過程中，纖維表面的雜質被侵蝕溶解，原來的雜質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表面上，與纖維形成較為牢固的結合帶有的極性基團及凹凸不平的表面，均可提高其與體系中膠凝材料(水泥、石膏和粉煤灰)水化產物及聚乙烯醇縮甲醛膠的介面結合，從而改善複合材料的介面效能.
根據複合保溫材料成型工藝的特點，物料經攪拌和施膠後，玻化微珠和聚丙烯纖維表面均黏附著1層水泥、粉煤灰、石膏顆粒及聚乙烯醇縮甲醛膠的混合物，經模壓成型後這些混合物間相互黏合，通過膠凝材料的水化形成一體.基體材料中的水泥熟料礦物和石膏通過水化反應生成AH3凝膠、C-S-H凝膠、鈣礬石及CaSO4·2H2O等水化產物，水化過程中釋放的Ca(OH)2與粉煤灰中的活性組分發生反應生成水化矽酸鈣和水化鋁酸鈣等.
同時，隨著膠凝材料水化過程的進行及水分的蒸發，體系中的聚乙烯醇縮甲醛膠在毛細孔表面、玻化微珠-水化產物介面和聚丙烯纖維-水化產物介面的局部發生絮凝而形成聚合物膜，聚合物膜中的極性基團與水化產物和EVA中的極性基團相互鍵合，增強了基體與玻化微珠、聚丙烯纖維的介面結合，減少了微裂紋在介面上的發生，巨集觀上表現為複合保溫材料力學強度和耐水效能的提高.
2.5聚丙烯纖維對玻化微珠複合保溫材料的增強機制
聚丙烯纖維在玻化微珠複合保溫材料體系中分佈均勻，在三維方向上呈亂向分佈，形成網路骨架，可起到分散應力的作用.均勻分佈在體系中的單絲纖維可承受材料因乾燥收縮及吸水膨脹而產生的應力，降低裂紋產生的概率.在材料的破壞過程中，纖維可以消耗裂紋發展過程的能量，纖維的`介面破壞、拉長和拔出均會消耗一定的裂紋能量，減弱裂紋尖端的應力集中作用，阻礙裂紋的生長和發展，增大了造成材料破壞所需要的能量[3-6].裂紋在材料中的發展過程如圖5所示.
混合料經模壓成型、膠凝材料水化而形成一體，但在玻化微珠與聚丙烯纖維及玻化微珠之間會形成一定的微小孔隙(見圖5(a));在外力作用下，這些微小孔隙處因應力集中而產生微裂紋，微裂紋沿基體擴充套件到纖維和玻化微珠與水化產物的介面處(見圖5(b),(c))，裂紋的能量在介面處發生流散，此時，裂紋能量的流散主要在於介面處鍵能的破壞和介面的剝離;在外界應力的持續作用下，部分裂紋穿透纖維或玻化微珠，造成纖維區域性的拉長和拔出，以及玻化微珠和基體的破裂(見圖5(d),(e))，導致材料發生破壞、斷裂.
圖6為複合保溫材料試樣P5和試樣C斷口形貌的SEM照片.
由圖6可以看出，試樣P5斷口處纖維表面較為光滑，只有少量的水化產物附著在上面;試樣C斷口處聚丙烯纖維表面包覆有大量的水化產物，只在局部發生脫黏乳液包覆改性聚丙烯纖維與基體的介面結合較好，有利於聚丙烯纖維在複合保溫材料中強度的揮發，提高了複合保溫材料的力學強度和耐水效能。
3結論
(1)聚丙烯纖維摻量為1.0%時，可改善玻化微珠複合保溫材料的力學效能，尤其是複合保溫材料的抗折強度得到顯著提高，試樣的抗折強度和抗壓強度較空白試樣分別提高了93.75%和7.30%.
(2)聚丙烯纖維經鹼處理和VAE乳液包覆改性處理後均可改善纖維與基體的介面結合狀況，從而能進一步提高複合保溫材料的效能，其中纖維經VAE乳液包覆改性的效果更好.在最佳聚丙烯纖維摻量下，經VAE乳液包覆改性處理後的聚丙烯纖維複合保溫材料試樣的抗折強度和抗壓強度達0.98,1.62MPa,較未改性處理試樣分別提高了58.06%和10.20%,軟化係數提高了12.50%.
(3)與鹼處理改性方式相比，VAE乳液包覆改性處理使聚丙烯纖維表面包覆了1層EVA,形成了帶有極性基團並凹凸不平的表面，增大了纖維與基體材料的接觸面積，改善了纖維與基體的介面吸附及結合狀況