核桃殼超聲預(yù)處理對(duì)聚氯乙烯復(fù)合材料性能的影響

陳東勝，張克平，楊君乾，張茜，張亞男

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，蘭州 730070)

木塑復(fù)合材料(WPC)是由植物纖維和熱塑性聚合物基體為主要原料制備的復(fù)合材料，已廣泛應(yīng)用于建筑、船舶和戶外基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域[1]。然而，由于植物纖維富含羥基具有吸水性，熱塑性聚合物基體具有疏水性，兩相結(jié)合性較差，限制了WPC的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和耐磨性的進(jìn)一步提升，難以滿足實(shí)際工況對(duì)材料高性能的要求[2]。研究表明，WPC的性能可以通過(guò)預(yù)處理植物纖維或聚合物基體得到提升，其本質(zhì)是通過(guò)預(yù)處理增強(qiáng)了植物纖維與聚合物基體的相容性[3]。

對(duì)植物纖維進(jìn)行預(yù)處理來(lái)增強(qiáng)WPC性能的方法主要有化學(xué)方法和物理方法[4]。Orue等[5]的研究表明，堿處理能夠提高核桃殼(WS)與增塑聚乳酸基體之間的附著力，進(jìn)而增強(qiáng)復(fù)合材料的性能。然而，化學(xué)方法預(yù)處理植物纖維產(chǎn)生大量的化學(xué)試劑廢品，造成環(huán)境污染和回收成本高等問(wèn)題[6]。近年來(lái)，離子處理、電暈放電、超聲等物理方法因不存在上述問(wèn)題，被廣泛應(yīng)用于植物纖維的預(yù)處理。其中超聲處理被證明是能夠改變植物纖維表面特性，進(jìn)而提升WPC物理和力學(xué)性能的有效方法之一。Yang等[7]通過(guò)高強(qiáng)度超聲處理天然纖維制備聚乙烯醇復(fù)合材料，顯著提升了材料的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。Dilamian等[8]利用功率500 W超聲對(duì)植物纖維預(yù)處理40 min，獲得直徑為6～20 nm植物纖維，并應(yīng)用于綠色納米復(fù)合材料領(lǐng)域。王翠翠等[9]通過(guò)超聲處理改性竹纖維，使其拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模量較未處理分別提高15.99%和7.81%。

WS是一種常見的農(nóng)林廢棄物，具有低成本、可再生、資源豐富等優(yōu)勢(shì)，以WS作為填充材料制備木塑復(fù)合材料是農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的有效途徑[6]。羅偉等[10]通過(guò)對(duì)WS進(jìn)行預(yù)處理改性，降低其親水性、吸水率和微生物降解，增強(qiáng)WS與水泥漿的界面結(jié)合性，制備并提升了WS砂漿復(fù)合材料的力學(xué)性能和使用壽命。近年來(lái)，研究人員利用各類堅(jiān)果殼制備了基于不同聚合物的WPC，并基于物理方法預(yù)處理植物纖維有效增強(qiáng)了復(fù)合材料的性能[11]。添加適量無(wú)機(jī)礦物填料，如碳酸鈣、凹凸棒土(ATP)、蒙脫土等，可進(jìn)一步提高復(fù)合材料的強(qiáng)度、模量和耐熱性等[12]，其中，ATP具有比表面積大、儲(chǔ)量大、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，作為納米填料可改善復(fù)合材料的力學(xué)和熱性能[13]。Tsou等[14]通過(guò)低含量ATP來(lái)增強(qiáng)聚丙烯納米復(fù)合材料，有效提升了復(fù)合材料的力學(xué)、疏水性和阻隔性能。WS主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等有機(jī)質(zhì)，材料的力學(xué)性能與WS纖維成分有關(guān)，纖維素可以改善材料的力學(xué)性能，半纖維素改善材料的彈性性能[15]，以WS作為增強(qiáng)體制備復(fù)合材料具有明顯優(yōu)勢(shì)。但研究超聲預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)聚氯乙烯(PVC)/WS/ATP復(fù)合材料的影響及相關(guān)機(jī)理未見文獻(xiàn)報(bào)道。

筆者選用料液質(zhì)量比、振幅和時(shí)間為試驗(yàn)因素，通過(guò)超聲預(yù)處理WS，利用熔融擠出工藝制備PVC/WS/ATP復(fù)合材料，探究超聲預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)木塑復(fù)合材料的性能提升機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

WS：150 μm (100目)，收集于甘肅省蘭州市郊區(qū)；

PVC：PVC-SG5型，東莞安特塑膠原料有限公司；

馬來(lái)酸酐接枝聚乙烯偶聯(lián)劑：150 μm (100目)，東莞市卓宜化工有限公司；

鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑：150 μm (100目)，東莞千程塑化原料有限公司；

ATP：38 μm (400目)，江蘇常州鼎邦礦產(chǎn)品科技有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

超聲處理器：SFX550型，美國(guó)布蘭森超聲公司；

三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)：SYH型，常州市倍成干燥設(shè)備工程有限公司；

單螺桿擠出機(jī)：SXT-I型，哈爾濱哈普電氣技術(shù)有限責(zé)任公司；

X射線衍射(XRD)儀：XD3型，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；

傅里葉變換紅外光譜(FRIR)儀：Agilent Cary660型，安捷倫科技(中國(guó))有限公司；

微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：E43.104型，美特斯工業(yè)系統(tǒng)(中國(guó))有限公司；

簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)機(jī)：G-P01型，克羅尼(北京)儀器儀表有限公司；

干砂橡膠輪式磨料磨損試驗(yàn)機(jī)：MLG-130型，張家口市誠(chéng)信試驗(yàn)設(shè)備制造有限公司；

掃描電子顯微鏡(SEM)：S-3400N型，日本日立公司。

1.3 樣品制備

(1) WS的超聲預(yù)處理。

將收集的WS洗凈、烘干，于高速粉碎機(jī)中粉碎，過(guò)150 μm標(biāo)準(zhǔn)篩篩分，得到WS粉，將其分散于燒杯的蒸餾水中，固定采用20 kHz頻率、間歇模式(工作5 s停1 s)超聲，超聲探頭伸入燒杯液體界面2/3處。以未處理作為對(duì)照組(以U0標(biāo)記)，選用料液質(zhì)量比(WS質(zhì)量和蒸餾水質(zhì)量之比)、振幅、時(shí)間為試驗(yàn)因素對(duì)WS進(jìn)行超聲預(yù)處理。

①料液質(zhì)量比處理對(duì)復(fù)合材料性能的影響。

在振幅60%和時(shí)間15 min條件下，研究料液質(zhì)量比1∶10，1∶15，1∶20，1∶25 (分別以U-S10，U-S15，U-S20，U-S25編號(hào))對(duì)復(fù)合材料性能的影響。

②振幅處理對(duì)復(fù)合材料性能的影響。

在料液質(zhì)量比1∶20和時(shí)間15 min條件下，研究振幅30%，45%，60%和75% (分別以U-A30，UA45，U-A60，U-A75編號(hào))對(duì)復(fù)合材料性能的影響。

③時(shí)間處理對(duì)復(fù)合材料性能的影響。

在料液質(zhì)量比1∶20和振幅60%條件下，研究時(shí)間5，10，15，20 min (分別以U-T5，U-T10，U-T15，UT20編號(hào))對(duì)復(fù)合材料性能的影響。

(2)熔融擠出制樣。

將各組超聲預(yù)處理的WS置于電熱鼓風(fēng)烘箱中烘干至恒重，然后將PVC、預(yù)處理WS、穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑和ATP按照質(zhì)量比為49∶40∶8∶3∶3放入三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)中混合15 min；隨后利用單螺桿擠出機(jī)將混合料熔融擠出，料斗到口模的區(qū)域溫度分別設(shè)置為150，155，160 ℃和165 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)置為20 r/min，制備得到PVC/WS/ATP復(fù)合材料，自然冷卻至室溫，根據(jù)試驗(yàn)要求加工相應(yīng)尺寸的試樣。

1.4 性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征

(1)化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)分析。

FTIR分析：采用FTIR儀采集PVC/WS/ATP復(fù)合材料的FTIR譜圖，分辨率4 cm-1，掃描范圍為4 000～400 cm-1。

XRD分析：在室溫條件下，采用XRD儀測(cè)定復(fù)合材料的XRD譜圖，方式為40 kV，30 mA條件下的單色Cu Kα輻射源(波長(zhǎng)λ=0.154 060 nm)步進(jìn)掃描，2θ角度10°～ 80°，步進(jìn)0.01°，掃描時(shí)間5 min。

(2)物理力學(xué)性能測(cè)試。

密度參照GB/T 1463-2005測(cè)試，取5次試驗(yàn)的平均值；拉伸強(qiáng)度參照GB/T 1040.1-2006測(cè)試，試樣尺寸160 mm×10 mm×4 mm，加載速度2 mm/min，取5次試驗(yàn)的平均值；彎曲強(qiáng)度參照GB/T 9341-2008測(cè)試，試樣尺寸80 mm×10 mm×4 mm，跨距64 mm，加載速度2 mm/min，取5次試驗(yàn)的平均值；沖擊強(qiáng)度參照GB/T 1043.1-2008測(cè)試，試樣尺寸80 mm×10 mm×4 mm，擺錘能量1 J，取5次試驗(yàn)的平均值。

(3)磨損性能測(cè)試。

利用干砂橡膠輪式磨料磨損試驗(yàn)機(jī)，參照ASTM-G65-16(2021)測(cè)試復(fù)合材料的磨料磨損性能。試驗(yàn)?zāi)チ蠟楦缮?，采集于黃河蘭州段，將砂洗滌風(fēng)干后，用36目篩網(wǎng)(0.5毫米孔徑)過(guò)濾。試驗(yàn)機(jī)橡膠輪硬度為60(邵爾硬度)、直徑228.6 mm、橡膠輪轉(zhuǎn)速200 r/min。每個(gè)試樣磨損時(shí)間3 min，用分析天平測(cè)磨損前后質(zhì)量，試驗(yàn)前后用無(wú)水乙醇清潔試樣表面并自然風(fēng)干，每組測(cè)試重復(fù)3次后取平均值，按照式(1)計(jì)算比磨損率WS。

式(1)中，m1為磨損前質(zhì)量，mg；m2為磨損后質(zhì)量，mg；L為滑動(dòng)距離，m；F為施加的載荷，N；ρ為試樣密度，g/cm3。

(4)微觀形貌表征。

采用SEM觀察復(fù)合材料的沖擊斷面和磨損面微觀形貌，所有試樣用無(wú)水乙醇清潔表面并自然風(fēng)干，進(jìn)行60 s的噴金處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 FTIR分析

圖1為不同條件超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的FTIR譜圖。圖1顯示，在3 000～2 700 cm-1處的吸收峰是由于—OH在纖維素、半纖維素、多糖和單糖中的伸縮振動(dòng)，1 745～1 700 cm-1處的峰表明酯類和酮類化合物的C=O伸縮振動(dòng)與木質(zhì)素或半纖維素有關(guān)，1 515～1 505 cm-1處的峰為苯環(huán)骨架的伸縮振動(dòng)[16]。1 250～1 230 cm-1處的峰為木質(zhì)素中C—O的伸展振動(dòng)和有機(jī)硅化合物中Si—C的伸展振動(dòng)，所有峰都是典型的植物纖維吸收峰[17]。FTIR分析結(jié)果表明，所有復(fù)合材料具有相似的化學(xué)官能團(tuán)，說(shuō)明超聲預(yù)處理后主要官能團(tuán)沒(méi)有發(fā)生變化，表明超聲預(yù)處理沒(méi)有改變WS的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在1 023 cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度與未處理相比都有不同程度的增減，通過(guò)對(duì)不同超聲預(yù)處理的峰強(qiáng)對(duì)比，隨著超聲料液質(zhì)量比的減小、振幅的增大，同一波長(zhǎng)的峰強(qiáng)先增大后減小；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其峰強(qiáng)先減小后增大。其次，在1 023 cm-1和610 cm-1處的吸收峰分別與纖維素的C—O拉伸和C—H變形振動(dòng)有關(guān)，2 919 cm-1附近的吸收峰在不同超聲條件下的強(qiáng)度都有不同程度的減小，這可能是由于超聲預(yù)處理導(dǎo)致WS部分纖維成分降解，纖維中羥基減少。

圖1 不同條件超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料FTIR譜圖

2.2 XRD分析

圖2為不同條件超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的XRD譜圖。由圖2可知，最高峰位于2θ=22°處，該峰為(002)晶面，代表結(jié)晶區(qū)的寬度，在2θ=29°附近存在的小峰是(040)晶面的衍射峰，它包含了結(jié)晶區(qū)的長(zhǎng)度[18]。結(jié)晶區(qū)(002)和(040)的衍射峰和非結(jié)晶區(qū)的衍射谷仍然清晰可見，(002)晶面的強(qiáng)度較高，而(040)晶面的強(qiáng)度較低，主要是位于與(002)晶面大致平行的平面上，(002)和(040)平面上各組樣品的衍射峰強(qiáng)度、寬度和長(zhǎng)度差異不顯著，這表明超聲預(yù)處理對(duì)結(jié)晶區(qū)沒(méi)有明顯影響。

圖2 不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料XRD譜圖

2.3 密度分析

圖3為不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的密度。圖3a和圖3b表明，隨著料液質(zhì)量比減小和振幅增大，復(fù)合材料的密度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，其中U-S25和U-A75的密度最大。圖3c表明不同時(shí)長(zhǎng)的超聲預(yù)處理后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的密度均明顯低于處理前。當(dāng)超聲料液質(zhì)量比為1∶20、振幅為60%和時(shí)間為15 min時(shí)，密度最低，相比未處理的復(fù)合材料降低了0.96%，分析認(rèn)為，這是由于在超聲預(yù)處理過(guò)程中，超聲的空化作用導(dǎo)致WS顆粒的進(jìn)一步破碎和降解，以及超聲波的分散和沖擊機(jī)制可以減小WS的粒徑[19]。因此，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等超細(xì)纖維被分解，纖維結(jié)構(gòu)中的空隙在空化作用下進(jìn)一步增大，導(dǎo)致超聲處理過(guò)程中WS顆粒內(nèi)部容納的水分子增加[20]，干燥后水分蒸發(fā)，顆粒內(nèi)部產(chǎn)生空隙，而PVC基體在結(jié)合過(guò)程中不能充分填充顆粒內(nèi)部空間，造成了PVC/WS/ATP復(fù)合材料密度的降低。

圖3 不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的密度

2.4 力學(xué)性能分析

(1)拉伸強(qiáng)度分析。

圖4為不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。由圖4可知，隨著超聲料液質(zhì)量比的減小、振幅的增大以及時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度整體呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)料液質(zhì)量比為1∶20、振幅為60%和時(shí)間為15 min時(shí)，拉伸強(qiáng)度最大，相比于未處理的PVC/WS/ATP復(fù)合材料，其拉伸強(qiáng)度提高了11.07%，分析認(rèn)為，這是由于超聲預(yù)處理對(duì)WS顆粒表面的刻蝕作用增加了其表面積和粗糙度，促進(jìn)了新表面的形成[21]，在熔融擠出時(shí)PVC基體能更好地嵌入被蝕刻表面的凹坑，形成機(jī)械互鎖，增加填料與基體的結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，較大的表面積可改善聚合物基體與WS纖維的浸潤(rùn)狀況，為兩相結(jié)合面處的應(yīng)力傳遞提供更大的接觸面積[22]。當(dāng)超聲預(yù)處理料液質(zhì)量比進(jìn)一步減小、振幅進(jìn)一步增大、時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)時(shí)，PVC/WS/ATP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度有所降低，但仍高于未處理的拉伸強(qiáng)度，這可能是因?yàn)槌曨A(yù)處理料液質(zhì)量比的減小、振幅進(jìn)一步增大及時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)在一定程度上破壞了WS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低了WS顆粒自身的強(qiáng)度，導(dǎo)致拉伸過(guò)程中填料顆粒的斷裂，進(jìn)而造成了PVC/WS/ATP復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的降低。因此，適度的超聲預(yù)處理可在一定程度上增加兩者之間的界面結(jié)合性，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。

圖4 不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度

(2)彎曲強(qiáng)度分析。

圖5為不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。由圖5可見，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度隨著超聲預(yù)處理料液質(zhì)量比的減小、振幅的增大以及時(shí)間的延長(zhǎng)，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)超聲料液質(zhì)量比為1∶20，振幅為60%和時(shí)間為15 min時(shí)，彎曲強(qiáng)度最大，相比于未處理的PVC/WS/ATP復(fù)合材料，其彎曲強(qiáng)度增強(qiáng)7.4%，當(dāng)超聲預(yù)處理料液質(zhì)量比進(jìn)一步減小、振幅進(jìn)一步增大和時(shí)間持續(xù)延長(zhǎng)時(shí)，PVC/WS/ATP復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度有所降低，但仍高于未處理的彎曲強(qiáng)度。

圖5 不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度

(3)沖擊強(qiáng)度分析。

圖6為不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度變化趨勢(shì)。圖6結(jié)果顯示，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度隨著超聲預(yù)處理料液質(zhì)量比的減小、振幅的增大以及時(shí)間的延長(zhǎng)均呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)超聲料液質(zhì)量比為1∶20，振幅為60%和時(shí)間為15 min時(shí)，沖擊強(qiáng)度最大，相比于未處理的復(fù)合材料，其沖擊強(qiáng)度提升了42.7%。當(dāng)超聲預(yù)處理料液質(zhì)量比的減小、振幅進(jìn)一步增大、時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)時(shí)，PVC/WS/ATP復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度有所降低，但仍高于未處理的沖擊強(qiáng)度。由于材料的沖擊強(qiáng)度主要表現(xiàn)了材料破壞時(shí)對(duì)能量的吸收能力，而當(dāng)超聲預(yù)處理料液質(zhì)量比減小、振幅進(jìn)一步增大、時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)時(shí)核桃殼顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，這在一定程度上降低了其對(duì)能量的吸收能力[21]，進(jìn)而導(dǎo)致PVC/WS/ATP復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度降低。

圖6 不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度

圖7示出編號(hào)為U0 (未處理WS)和編號(hào)為UT15 (超聲料液質(zhì)量比為1∶20、振幅為60%、時(shí)間為15 min)的PVC/WS/ATP復(fù)合材料沖擊斷面SEM圖像。由圖7a可知，未處理WS的PVC/WS/ATP復(fù)合材料中斷面存在較多的凹坑和顆粒突起，呈現(xiàn)出明顯的顆粒脫落痕跡，這是由于WS與PVC之間的界面相容性較差，斷裂過(guò)程中填料顆粒被拔出造成的。當(dāng)超聲料液質(zhì)量比為1∶20、振幅為60%和時(shí)間為15 min時(shí)，如圖7b所示，復(fù)合材料斷面可見較多的WS顆粒斷裂，無(wú)填料拔出或者脫落，說(shuō)明WS與PVC基體結(jié)合強(qiáng)度高，在沖擊載荷下結(jié)合面較少發(fā)生填料脫落，破壞形式以復(fù)合材料整體斷裂為主。分析認(rèn)為，這是由于超聲預(yù)處理能夠打開WS纖維封閉的空隙結(jié)構(gòu)，在超聲作用下微小纖維會(huì)發(fā)生快速膨脹、突然閉合和振蕩，提高纖維參與反應(yīng)的可及度[20]，為PVC與WS顆粒充分結(jié)合提供條件，進(jìn)而增強(qiáng)WS與基體之間的相互作用，形成更加緊密的結(jié)合界面。其次，研究證明超聲波是一種破壞團(tuán)聚和應(yīng)力集中的有效方法[19]，是由于緊密的接合面使得復(fù)合材料內(nèi)的孔隙率下降，材料更為均勻[23]，進(jìn)而減少了材料內(nèi)部的應(yīng)力集中點(diǎn)，最終導(dǎo)致復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度提高。

圖7 不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料沖擊斷面SEM圖像

2.5 耐磨損性能分析

表1為不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料的磨損失重和比磨損率。由表1可以看出，相比于未處理WS的復(fù)合材料，磨損失重經(jīng)超聲預(yù)處理后均有所下降。當(dāng)超聲料液質(zhì)量比為1∶20、振幅為60%和時(shí)間為10 min時(shí)，復(fù)合材料(U-T10)的磨損失重和比磨損率最小，相比未處理分別下降了9.9%和8.9%。

表1 不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料磨損失重及比磨損率

圖8a示出編號(hào)為U0 (未處理WS)的PVC/WS/ATP復(fù)合材料磨損面微觀形貌，可以觀察到復(fù)合材料的磨損形式以層狀切削和填料剝落為主，同時(shí)磨損面可見較少的微孔和凹陷。圖8b示出編號(hào)為UT10 [超聲料液質(zhì)量比為1∶20、振幅為60%、時(shí)間為10 min]的PVC/WS/ATP復(fù)合材料磨損面微觀形貌，磨損面較為光滑，表面有較多的犁溝和犁皺，表明PVC/WS/ATP復(fù)合材料的磨損形式以微犁削和粘著磨損為主[21]，具有較好的耐磨損性能。分析認(rèn)為，經(jīng)過(guò)一定條件的超聲預(yù)處理后，WS顆粒細(xì)化且表面經(jīng)蝕刻后更加粗糙，使得WS顆粒易與PVC基體之間形成更多的有效作用面積，促進(jìn)PVC在WS表面有效附著，增強(qiáng)基體相與增強(qiáng)相界面之間的相互作用，WS與PVC的界面相容性增強(qiáng)，當(dāng)受到外力作用時(shí)，載荷可在基體與WS間有效傳遞，使得PVC/WS/ATP復(fù)合材料的耐磨性增強(qiáng)。

圖8 不同超聲預(yù)處理WS后PVC/WS/ATP復(fù)合材料磨損面SEM圖像

3 結(jié)論

以不同條件超聲預(yù)處理的WS為填料，利用熔融擠出工藝制備PVC/WS/ATP復(fù)合材料，通過(guò)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行FTIR，XRD和物理力學(xué)性能及抗磨料磨損性能測(cè)試分析，探究超聲預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)PVC/WS/ATP復(fù)合材料性能的影響，結(jié)論如下：

(1) FTIR和XRD分析結(jié)果表明，超聲預(yù)處理后材料的主要官能團(tuán)和結(jié)晶區(qū)未發(fā)生變化。

(2)超聲預(yù)處理可有效改善WS和PVC之間的界面相容性，進(jìn)而提高復(fù)合材料的力學(xué)和耐磨性能，當(dāng)超聲料液質(zhì)量比為1∶20、振幅為60%和時(shí)間為15 min時(shí)，復(fù)合材料的拉伸、彎曲和沖擊性能最優(yōu)；當(dāng)超聲料液質(zhì)量比為1∶20、振幅為60%和時(shí)間為10 min時(shí)，耐磨損性能最優(yōu)。

(3)微觀形貌分析可知，一定條件的超聲預(yù)處理增加了WS的比表面積，強(qiáng)化了WS與PVC兩者之間的界面相互作用和內(nèi)部應(yīng)力的有效傳遞，進(jìn)而提升了復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度和耐磨損性能。