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简论薄层植物纤维/ABS木塑复合材料制备、结构和性能如何写

收藏本文 2024-01-20 点赞:18442 浏览:75304 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:木塑复合材料(Wood Plastic Composites---WPC)是近年来国际上兴起的一种新型环保材料,它是由木粉、竹粉、稻糠、秸秆等植物纤维与热塑性塑料配以特殊功能改性剂及其他助剂,经塑料成型加工工艺制成的性能优良的复合材料。木塑复合材料综合了植物纤维和高分子材料的诸多优点,能大量替代木材,可有效缓解我国森林资源贫乏、木材供应紧缺的近况,同时它也解决了塑料、木材行业废弃资源的再生利用不足,是一种极具进展前途的低碳、绿色、可循环、可再生的材料。近年来,国内外对于木塑复合材料的探讨开发较多,但主要集中在聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯基体的木塑复合材料,而对ABS基木塑复合材料的相关探讨则较少。选用ABS树脂作为基体,制备新型性能优良的ABS基木塑复合材料,对于提升木塑复合材料的性能,拓宽木塑复合材料运用领域具有重要的实际作用。本论文首先探讨了竹粉、桉木粉、柏木粉、松木粉和樟木粉五种植物纤维的基本物化性能,并采取薄层毛细渗透技术测定了五种植物纤维的表面接触角和表面自由能及其分量。在此基础上,选择表面自由能较低的竹粉作为探讨对象,通过熔融共混法与ABS复合制备木塑复合材料,系统地探讨了竹粉/ABS复合材料的结构与性能,探讨了竹粉用于制备木塑复合材料的改性策略。同时,将噁唑啉官能化的ABS(ABSm)作为界面改性剂用于改性ABS基木塑复合材料,并对其界面改性机理进行探讨。探讨结果表明:五种植物纤维均含有大量羟基,亲水性强,但热稳定性较差。由薄层毛细渗透技术测得五种植物纤维中桉木粉的表面自由能及其非极性分量最高,竹粉表面自由能及其非极性分量较低;与ABS复合时,桉木粉有比其他几种植物纤维更好的界面相容性,由其制备的木塑复合材料的力学性能优于其它四种植物纤维/ABS复合材料的力学性能。含有大量极性羟基的竹粉与ABS树脂两相间相容性不佳,随着竹粉添加量的增大,竹粉/ABS复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度降低,但其弯曲模量提升。同时,随着竹粉在ABS中用量的增加,复合材料的维卡软化温度逐渐提升,在一定程度上提升了复合材料的利用温度范围,但复合材料的热稳定性和加工性能有所降低,吸水率有所增加。在80目~180目的粒径范围内,除冲击强度外,竹粉/ABS复合材料的各项力学性能随着竹粉粒径的增大呈上升的走势。但当竹粉粒径增至40目时,复合材料的力学性能反而有所降低。噁唑啉官能化的ABS(ABSm)对竹粉/ABS复合材料系统有良好的增容作用,可显著提升复合材料的力学性能,改善复合材料的界面相容性。腈基转化率在30%左右的ABSm2用量为7phr时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别为52MPa和91.4MPa,相比未改性试样分别提升了17.6%和35.2%,已经达到甚至超过了纯ABS的拉伸强度(50MPa)和弯曲强度(82.5MPa)。三种市售的界面改性剂苯乙烯-马来酸酐共聚物(A)、聚苯乙烯接枝马来酸酐(PS-g-MAH)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐(EVA-g-MAH)中A的界面改性效果较好,但均不如ABSm。探讨了在常温和高温蒸煮条件下,碱液浓度和碱处理时间对竹粉的化学组成、结晶性能、热稳定性及形态结构的影响,得到常温碱处理的优化条件为4%NaOH溶液,处理时间为1h。经常温和高温蒸煮碱处理后可以除去竹粉表面的半纤维素、木质素和抽提物,提升竹粉的热稳定性。在两种条件下,当NaOH溶液浓度大于10%后,都会导致竹粉纤维素的晶型由纤维素Ⅰ向纤维素Ⅱ转变,使得竹粉的结晶度下降,热稳定性降低,纤维束状结构发生分离,纤维卷曲。本论文将经乙酰化处理、常温碱处理和高温蒸煮处理的三种竹粉用于制备ABS基木塑复合材料,探讨结果表明,预处理后的竹粉对ABS基木塑复合材料的力学性能都有不同程度的提升,其中高温蒸煮处理对复合材料力学性能的提升幅度最大,常温碱处理次之,而乙酰化处理对复合材料力学性能的影响不显著。进一步的探讨表明,两种碱处理和界面改性剂A并用对竹粉/ABS复合材料均有着协同效应,能较大幅度的提升复合材料的力学性能,而两种碱处理和ABSm并用以及乙酰化处理和A并用则无协同效应。关键词:植物纤维论文ABS论文木塑复合材料论文薄层毛细渗透技术论文噁唑啉官能化的ABS论文
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    摘要5-7

    ABSTRACT7-14

    缩略语中英文对照表14-15

    第一章 绪论15-40

    1.1 引言15

    1.2 木塑复合材料概述15-16

    1.3 木塑复合材料的原料16-20

    1.3.1 植物纤维原料16-19

    1.3.2 塑料原料19-20

    1.3.3 添加剂20

    1.4 木塑复合材料的界面20-28

    1.4.1 木塑复合材料界面的形成20-21

    1.4.2 木塑复合材料的界面结合论述21-22

    1.4.3 改善木塑复合材料界面相容性的策略22-28

    1.5 木塑复合材料的探讨进展28-32

    1.5.1 PE基木塑复合材料28-29

    1.5.2 PP基木塑复合材料29

    1.5.3 PVC基木塑复合材料29-30

    1.5.4 ABS基木塑复合材料30

    1.5.5 新型木塑复合材料的探讨进展30-31

    1.5.6 木塑复合材料加工性能的探讨进展31-32

    1.6 薄层毛细渗透技术32-37

    1.6.1 接触角32-33

    1.6.2 接触角的测量33-34

    1.6.3 薄层毛细渗透技术测定粉体的表面接触角34-37

    1.7 本论文的探讨目的与主要内容37-40

    1.7.1 本论文的探讨目的与作用37-38

    1.7.2 本论文的主要探讨内容38-39

    1.7.3 本论文的革新之处39-40

    第二章 植物纤维的基本性质探讨40-59

    2.1 引言40

    2.2 实验部分40-44

    2.2.1 主要原料40

    2.2.2 植物纤维/ABS复合材料的制备40

    2.2.3 测试与表征40-44

    2.3 结果与讨论44-57

    2.3.1 植物纤维化学组成浅析44

    2.3.2 植物纤维的形貌浅析44-46

    2.3.3 植物纤维的结晶结构46-47

    2.3.4 植物纤维的热稳定性浅析47-49

    2.3.5 植物纤维的红外光谱浅析49-50

    2.3.6 植物纤维的接触角和表面能浅析50-56

    2.3.7 测定植物纤维粉末接触角的两种实验策略的比较56-57

    2.4 本章小结57-59

    第三章 竹粉/ABS复合材料的制备及性能探讨59-82

    3.1 引言59-60

    3.2 实验部分60-62

    3.2.1 主要原料60

    3.2.2 竹粉/ABS复合材料的制备60

    3.2.3 测试与表征60-62

    3.3 结果与讨论62-81

    3.3.1 竹粉添加量对竹粉/ABS复合材料性能的影响62-72

    3.3.1.1 竹粉添加量对复合材料力学性能的影响及机理浅析62-64

    3.3.1.2 竹粉添加量对复合材料密度的影响64

    3.3.1.3 竹粉添加量对复合材料熔体流动速率的影响64-65

    3.3.1.4 竹粉添加量对复合材料流变性能的影响65-66

    3.3.1.5 竹粉添加量对复合材料耐热性能的影响66-67

    3.3.1.6 竹粉添加量对复合材料热稳定性的影响67-69

    3.3.1.7 竹粉添加量对复合材料吸水率的影响69-70

    3.3.1.8 竹粉添加量对复合材料形貌结构的影响70-72

    3.3.2 竹粉粒径对竹粉/ABS复合材料性能的影响72-75

    3.3.2.1 竹粉粒径对复合材料力学性能的影响72-74

    3.3.2.2 竹粉粒径对复合材料熔体流动速率的影响74

    3.3.2.3 竹粉粒径对复合材料密度的影响74-75

    3.3.3 界面改性剂对竹粉/ABS复合材料结构与性能的影响75-81

    3.3.3.1 界面改性剂对复合材料力学性能的影响75-76

    3.3.3.2 界面改性剂对复合材料形貌结构的影响76-78

    3.3.3.3 界面改性剂对复合材料热稳定性的影响78-79

    3.3.3.4 界面改性剂对复合材料流变性能的影响79-80

    3.3.3.5 界面改性剂对复合材料吸水性能的影响80-81

    3.4 本章小结81-82

    第四章 ABSm对竹粉/ABS复合材料增容改性的探讨82-99

    4.1 引言82-83

    4.2 实验部分83-85

    4.2.1 主要原料83

    4.2.2 样品制备83-84

    4.2.2.1 ABSm的制备83-84

    4.2.2.2 复合材料的制备84

    4.2.3 测试与表征84-85

    4.3 结果与讨论85-98

    4.3.1 ABSm的合成与表征85-86

    4.3.2 影响ABSm的腈基转化率的因素86-88

    4.3.2.1 乙醇胺(AE)单体用量对ABSm腈基转化率的影响86

    4.3.2.2 反应时间对ABSm腈基转化率的影响86-88

    4.3.2.3 反应温度对ABSm腈基转化率的影响88

    4.3.3 ABSm对竹粉/ABS复合材料结构与性能的影响88-98

    4.3.3.1 ABSm对竹粉/ABS复合材料力学性能的影响88-90

    4.3.3.2 不同界面改性剂对竹粉/ABS复合材料力学性能的影响90-91

    4.3.3.3 ABSm对竹粉/ABS复合材料形貌结构的影响91-93

    4.3.3.4 ABSm对竹粉/ABS复合材料系统的增容机理93-95

    4.3.3.5 ABSm对竹粉/ABS复合材料动态力学性能的影响95-96

    4.3.3.6 ABSm对竹粉/ABS复合材料热稳定性的影响96-97

    4.3.3.7 ABSm对竹粉/ABS复合材料耐热性能的影响97-98

    4.4 本章小结98-99

    第五章 预处理对竹粉结构与性能的影响99-129

    5.1 引言99-100

    5.2 实验部分100-102

    5.2.1 主要原料100

    5.2.2 竹粉预处理100-101

    5.2.3 测试与表征101-102

    5.3 结果与讨论102-128

    5.3.1 乙酰化处理对竹粉结构与性能的影响102-104

    5.3.1.1 乙酰化处理后竹粉的红外光谱浅析102

    5.3.1.2 乙酰化处理后竹粉的热稳定性浅析102-103

    5.3.1.3 乙酰化处理后竹粉的形态结构103-104

    5.3.2 常温下NaOH溶液浓度对竹粉结构与性能的影响104-111

    5.3.2.1 NaOH溶液浓度对竹粉化学组成的影响104-106

    5.3.2.2 NaOH溶液浓度对竹粉红外光谱的影响106-107

    5.3.2.3 NaOH溶液浓度对竹粉结晶结构的影响107-108

    5.3.2.4 NaOH溶液浓度对竹粉热稳定性的影响108-110

    5.3.2.5 NaOH溶液浓度对竹粉形态结构的影响110-111

    5.3.3 常温下碱处理时间对竹粉结构与性能的影响111-119

    5.3.3.1 碱处理时间对竹粉化学组成的影响112

    5.3.3.2 碱处理时间对竹粉红外谱图的影响112-113

    5.3.3.3 碱处理时间对竹粉热稳定性的影响113-114

    5.3.3.4 碱处理后竹粉的X-射线光电子能谱 (XPS) 浅析114-119

    5.3.4 高温蒸煮碱处理对竹粉结构与性能的影响119-125

    5.3.4.1 高温蒸煮碱液浓度对竹粉化学组成的影响119

    5.3.4.2 高温蒸煮碱液浓度对竹粉结晶结构的影响119-121

    5.3.4.3 高温蒸煮碱液浓度对竹粉热稳定性的影响121-123

    5.3.4.4 高温蒸煮碱液浓度对竹粉形态结构的影响123-125

    5.3.5 预处理后竹粉的表面接触角和表面自由能125-128

    5.4 本章小结128-129

    第六章 竹粉预处理对ABS基木塑复合材料结构与性能的影响129-139

    6.1 引言129

    6.2 实验部分129-130

    6.2.1 主要原料129-130

    6.2.2 竹粉预处理130

    6.2.3 复合材料的制备130

    6.2.4 测试与表征130

    6.3 结果与讨论130-138

    6.3.1 竹粉预处理对复合材料结构与性能的影响130-133

    6.3.1.1 竹粉预处理对复合材料力学性能的影响131-132

    6.3.1.2 竹粉预处理对复合材料形貌结构的影响132-133

    6.3.2 竹粉预处理和界面改性剂的协同作用133-138

    6.3.2.1 竹粉预处理与界面改性剂并用对复合材料力学性能的影响133-135

    6.3.2.2 碱处理与界面改性剂的协同作用机理135-136

    6.3.2.3 竹粉预处理与界面改性剂并用对复合材料形貌结构的影响136-138

    6.4 本章小结138-139

    结论139-141

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