竹粉粒径对竹粉/PHBV生物复合材料性能的影响

以生物基可降解塑料聚β-羟基丁酸戊酸酯(PHBV)、竹粉(BF)为原料,马来酸酐(MA)为偶联剂、氮化硼(BN)为成核剂,通过共混挤出、注塑成型工艺制得竹粉/PHBV生物复合材料,研究了不同粒径竹粉(40、60、80、100目)对竹粉/PHBV生物复合材料性能(力学性能、热变形温度)的影响。结果表明,随着竹粉粒径从40目增加到100目,复合材料的拉伸模量、拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度、缺口冲击强度、热变形温度呈逐渐减小的趋势;断裂伸长率和无缺口冲击强度呈逐渐提高的趋势。竹粉/PHBV复合材料断面电镜扫描发现,随着竹粉目数的增加,竹粉在PHBV基体中的形态差异较大,40目竹粉表面粗糙度较大,有些较大的竹粉分裂出若干纤维束,与PHBV界面形成了较强的机械互锁。     

纳米纤维素晶须增强生物聚酯P(3,4)HB复合材料

由于纳米纤维素晶须(CNW)表面含有丰富的羟基,亲水性强,制约了其在疏水性聚合物体系中的应用。本研究以硅烷偶联剂KH-550对纳米纤维素晶须进行改性,降低其表面的亲水性,再以改性后的纳米纤维素晶须(STCNW)为增强相、可生物降解聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)[P(3,4)HB]为基体,采用溶液浇铸法制备P(3,4)HB/STCNW纳米复合材料。通过傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射仪、接触角测试、扫描电镜、偏光显微镜、拉伸测试和热重分析仪等对其微观结构、表面形貌、结晶行为、力学性能和热稳定性等进行表征与分析。结果表明:改性后的纳米纤维素晶须具有良好的疏水性,可均匀分散在P(3,4)HB基体中形成纳米复合结构,能促进P(3,4)HB结晶的形成,提高基体的拉伸强度和弹性模量等力学性能,但热稳定性稍差。     

聚氨酯预聚体改性聚乳酸/木粉复合材料的制备及表征

通过共混挤出法制备聚氨酯预聚体(PUP)改性的聚乳酸/木粉(PLA/WF)复合材料,并对复合材料进行力学性能测试、动态热机械分析、接触角测量以及断面扫描电镜分析。力学性能分析表明:当PUP用量(以PLA和WF的质量计)为20%时,复合材料断裂弯曲应变和冲击强度分别为5.78%和18.3 k J/m2,较未改性的复合材料分别提高了209%和123%,PUP显示出较好的增韧效果。动态热机械分析表明:随着PUP用量的增加,复合材料中PUP相和PLA相的玻璃化转变温度均有所下降,并且储能模量显著降低,材料韧性得到改善。PUP的加入可显著提高复合材料对水的接触角,材料疏水性能得到改善。当PUP用量为25%时,接触角达83.7°,较未增韧复合材料接触角(66.6°)提高25.7%。拉伸断面的扫描电镜分析表明:添加PUP的复合材料断面有更多的木粉被拉出且空穴变多,断面更为不平整,呈现韧性断裂的特征。     

EPDM-MA对木粉/聚丙烯复合材料性能的影响

采用特定设计的双螺杆和单螺杆串联挤出机组,以挤出的方式制备木粉/聚丙烯复合材料。主要采用静态力学试验、动态力学热分析(DMTA)和扫描电子显微镜(SEM)观察等方法,研究了马来酸酐改性的三元乙丙橡胶(EPDM_MA)对木粉/聚丙烯复合材料的静态力学性能、动态力学性能和吸水性能的影响。静态力学性能试验结果表明:添加适量的EPDM_MA有利于提高木粉/聚丙烯复合材料的拉伸和弯曲强度,冲击强度的提高最为显著,但EPDM_MA的添加对复合材料的模量有不利影响。动态力学性能分析结果表明:复合材料的储能模量(E′)和损耗因子(tanδ)的峰值均随EPDM_MA加入量的增加而降低,后者说明EPDM_MA改善了木粉与聚丙烯的界面结合;EPDM_MA的加入,使得复合材料的主转变温度略向高温方向移动,并且在-50℃左右的低温区出现了次级转变峰,表明EPDM_MA对复合材料的热性能产生影响,尤其有利于改善其耐低温冲击性能。SEM研究结果表明:EPDM_MA的添加不仅提高了木粉和聚丙烯的界面结合,并且以直径约为0·1~1μm的球状粒子形态分散于聚丙烯中,能够通过自身的塑性变形而提高复合材料的抗冲击性能。EPDM_MA的添加,有效降低了复合材料的吸水性。     

Effect of chemical modification on the properties of wood/polypropylene composites

对以铝酸酯为偶联剂对木粉进行表面改性处理后制备的木粉/聚丙烯复合材料的力学性能和形态学特征进行了研究。结果表明:铝酸酯偶联剂可以增加木塑复合材料的抗冲击强度,但会对复合材料的抗拉强度和抗弯强度造成负面的影响。对木塑复合材料的动态力学性能和微分扫描热量分析研究表明,以铝酸酯作为偶联剂,对木塑复合材料的储存模量和损失模量有少许增加,同时可降低材料的熔点和熔解热。利用扫描电镜观察木塑复合材料的木材与塑料界面发现,经铝酸酯处理过的木材与聚丙烯复合界面之间具有更好的相容性。这些研究结果表明,在木塑复合材料制造过程中利用廉价的铝酸酯作为木材化学改性剂,对改善复合材料的性质同样起作良好的作用。图6 表2 参16。     

热可逆性共价交联木塑复合材料的制备及力学性能

为提高木塑复合材料（wood-plastic composites,WPCs）的力学性能,基于酯交换反应,以木粉、E51环氧树脂和邻苯二甲酸酐为原料,通过热压成型工艺制备热可逆性共价交联木塑复合材料（TRC-WPCs）,探究环氧与酸酐量比、热压工艺参数和循环加工对TRC-WPCs力学性能的影响。当环氧与酸酐的量比为1∶1,热压时间为30 min、热压温度为150°C、热压压力为12 MPa时,TRCWPCs的力学性能最优,其拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和弯曲模量分别为47.3 MPa、9.3 GPa、79.2 MPa和8.9 GPa,比相同木粉含量的高密度聚乙烯基WPCs高出282%、204%、305%和245%;且循环加工后其弯曲强度和弯曲模量保持率为67.8%和84.2%,实现了TRC-WPCs的高强度化,并且高温下可循环加工。     

马来松香对木粉/HDPE复合材料流变性质的影响

用马来松香对木粉进行流动性能改善处理,与高密度聚乙烯(HDPE)熔融复合,挤出成型制备木粉/HDPE复合材料(WF-HDPE).利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)技术,分析经马来松香改性前后木粉表面官能团的变化和元素的变化,采用旋转流变仪研究.WF-HDPE的流变行为.FrIR与XPS分析表明,马来松香分子中的酸酐基团与木粉表面的羟基发生了酯化反应,并且马来松香是以单酯的形式接枝到木粉表面,同时产生一游离羧基.WF-HDPE流变学研究表明:复合材料的复合黏度(η*)、储能模量(G′)和损耗模量(G″)随马来松香用量的增加先减小后增大最后减小,但体系的黏度和模量总体呈下降趋势,木粉经马来松香改性后复合熔体的流变性能显著改善,这不仅有利于提高复合材料的成型加工效率,而且适当的马来松香处理也能够提高复合材料的拉伸强度和弯曲强度,后者被静态力学试验结果所证实.     

SEBS-g-MAH和原位接枝MAH对木粉/废旧塑料混合物复合材料力学性能的影响研究

由聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE）和聚苯乙烯（PS）组成的混合废旧塑料与木粉经高速混合机混合后,采用双螺杆/单螺杆串联挤出机组制备了木粉/混合废旧塑料复合材料。探讨了马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS-g-MAH）和原位接枝马来酸酐（MAH）对木粉/混合废旧塑料复合材料力学性能的影响。结果表明,与使用MAH和DCP的原位反应共混相比,SEBS-g-MAH显著提高了复合材料的抗冲击性能,但对拉伸和弯曲性能的改善不如原位反应共混显著。总的来说,混合废旧塑料制备的复合材料的力学性能要低于纯塑料混合物制备的复合材料,尤其是拉伸断裂伸长率。微观形态研究表明,添加SEBS-g-MAH和原位接枝MAH均可提高木粉与塑料混合物之间的界面相容性,但与添加SEBS-g-MAH相比,原位接枝MAH能更好的改善PP、HDPE、PS与木粉之间的界面结合。原位接枝MAH可被看作是一种改善木粉与塑料混合物间界面相容性的有效途径。此外,采用动态力学分析（DMA）进一步表征了复合材料的储能模量和阻尼因子。     

添加落叶松树皮粉对杨木粉/HDPE复合材料性能的影响

本文用落叶松树皮粉替代部分或全部杨木粉,采用挤出法制备落叶松树皮粉/杨木粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料,测试其抗弯性能、拉伸性能、冲击强度和流变性能。研究发现,添加少量落叶松树皮粉(10份)对杨木粉/HDPE复合材料的力学性能没有显著影响,过高则使性能有所下降,但能够改善物料流动性,有利于提高生产效率。方差分析发现,与未添加落叶松树皮粉复合材料相比,添加10份落叶松树皮粉后,对材料的弯曲模量,拉伸强度和拉伸模量的影响不显著。旋转流变测试发现,当落叶松树皮粉份数增加时,复合材料熔体的储能模量和粘度系数都在降低,当落叶松树皮粉份数大于20份时,复合材料熔体的储能模量和粘度系数变化趋势比较相似。而转矩流变发现,当落叶树皮粉份数增加时,熔体的平衡温度和平衡转矩都在增加。     

针状木纤维/HDPE复合材料的力学性能

采用一步法连续挤出技术将杨木针状纤维与高密度聚乙烯(HDPE)进行熔融复合制备木塑复合材料(NF-WPC).用正交试验法分析纤维尺寸、纤维添加量、偶联剂含量和润滑剂含量4个因子对NF-WPC力学性能影响的显著性;用扫描电子显微镜观察分析NF-WPC中木纤维与HDPE的界面结合状况;提出优化的工艺配方并与相同木材含量的木粉/HDPE复合材料进行对比研究.结果表明:针状木纤维的含量对NF_WPC冲击强度影响显著,对弯曲性能和拉伸性能的影响高度显著;偶联剂马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)的添加量对NF_WPC的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度影响显著;在本文的试验范围内,木纤维尺寸和润滑剂石蜡的含量对NF-WPC力学性能的影响不显著.确定的优化工艺配方为:木纤维长度为3～4mm、长径比为8～11,木纤维含量60%,MAPE含量4%,石蜡含量0.3%;采用优化工艺制备的NF_WPC的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度、拉伸模量和冲击强度分别为58.7 MPa、3.0 GPa、39.6 MPa、4.0 GPa和12.7 kJ·m-2.除冲击韧性略低外,用优化工艺配方制备的NF_WPC其他力学性能均高于用同比例木粉制备的木塑复合材料.     

淀粉/木粉复合材料的制备与性能研究

以淀粉和木粉为原料,甘油为增塑剂,通过挤出成型制备淀粉/木粉可生物降解复合材料,重点研究淀粉/木粉混合比例对复合材料性能的影响。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和热重分析（TGA）对复合材料进行表征,并对复合材料的力学性能和吸水性能进行测试。实验结果表明：木粉的加入破坏热塑性淀粉的连续性,使复合材料的结晶度增大。复合材料的拉伸强度、吸水率和吸水厚度膨胀率随着木粉比例增大逐渐增大,断裂伸长率却逐渐降低。TGA测试结果表明,随着木粉加入比例增大,复合材料的热分解起始温度逐渐降低,但热分解的终止温度逐渐升高,淀粉和木粉两相依赖性逐渐减弱。     

基于纳米压痕技术的木材胶合界面力学行为

【目的】研究木材胶合界面的静态和动态力学行为,探讨树脂渗透对木材管胞壁层力学性能的影响,为木质复合材料制造工艺优化和增强改性提供理论依据。【方法】采用纳米压痕静态和动态力学测试技术(Nano-DMA),对针叶材火炬松与酚醛树脂(PF)、脲醛树脂(UF)胶黏剂所形成胶合界面区域各相材料的静态弹性模量、硬度、蠕变性能以及储能模量和损耗模量等力学行为进行分析。【结果】静态力学行为方面,在界面区域,PF和UF渗透进入管胞壁层后,木材管胞壁的弹性模量( E r)和硬度( H )提高;经PF渗透后,木材管胞壁的 E r和 H 分别增加7%和26%;Burgers蠕变力学模型可有效描述胶合界面区域管胞壁的纳米压痕蠕变特性,经树脂渗透后,木材管胞壁的瞬时弹性模量增加,黏弹性模量和黏性系数减小;在保载初期,PF界面区域木材管胞壁的蠕变柔量约下降60%,UF界面区域木材管胞壁的蠕变柔量约下降58%。动态力学行为方面,随着加载频率增加,界面材料的储能模量( E ′ r)逐渐增大,而损耗模量( E ″ r)和损耗因子(tan δ)呈减小趋势;当加载频率为10 Hz时,PF和UF树脂渗透使得管胞壁层的储能模量分别增加16%和29%。【结论】胶合界面区域胶黏剂进入管胞壁层,对木材管胞的静态力学性能具有增强作用,同时胶黏剂可提高管胞壁的短期抗蠕变能力;木材管胞壁具有较高的储能模量和损耗模量,而树脂的储能模量和损耗模量较低,经树脂渗透后,木材管胞壁的储能模量增加,但损耗模量和损耗因子呈下降趋势,可能对界面传递和分散应力产生不利影响。     

Properties of PP/wood flour/organomodified montmorillonite nanocomposites

In this research, composites based on polypropylene (PP), beech wood flour, and organomodified montmorillonite (OMMT) were prepared and characterized for their properties. The blend nanocomposites were prepared by melt mixing of PP/WF at 50% weight ratios with various amounts of OMMT (0, 3, and 6 per hundred compounds (phc)) in a Hakee internal mixer. Then the samples were made by injection molding. The influence of organomodified montmorillonite contents on clay dispersion, physical and mechanical properties of PP/wood flour composites were investigated. Results indicated that the flexural strength and modulus, tensile strength and modulus increased by addition of 3 per hundred compounds (phc) of organomodified montmorillonite (OMMT), but decreased with 6 phc OMMT addition. However, impact strength, water absorption and thickness swelling of the composites decreased with increasing nanoclay loading. X-ray diffraction patterns (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) revealed that the nanocomposites formed were intercalated. Also, morphological findings showed that samples containing 3 phc of OMMT had higher order of intercalation.     

热氧老化和水浸渍对木粉/HDPE和稻壳粉/HDPE两种复合材料性能的影响

木粉和稻壳粉是制备木塑复合材料(WPC)常用原料。WPC在使用过程中经常受到热和水分的影响,笔者对比研究了稻壳粉/HDPE和木粉/HDPE两种复合材料经历热氧老化和长时间水浸渍后性能的变化规律。结果表明:木粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料的弯曲强度和弹性模量都大于稻壳粉/HDPE的;随着热氧老化或水浸渍处理时间的延长,复合材的挠曲性能下降,其中木粉/HDPE复合材的弹性模量下降最为迅速;复合材料表面明度值随着热处理时间的延长而减小,说明颜色变暗,稻壳粉与木粉填充的复合材之间差别不大。通过光学显微镜观察发现,HDPE与稻壳粉或木粉之间都有缝隙存在,为水分和氧气的进出提供了通道。     

The properties of flax fiber reinforced wood flour/high density polyethylene composites

Flax fiber(FF) was used to reinforce wood flour/high density polyethylene composites(WF/PE).WF/PE particles were uniformly mixed with FF via high-speed mixing and then extruded with a single screw extruder to prepare FF reinforced WF/PE composites(FF/WF/PE).Mechanical testing,dynamic mechanical analysis,scanning electron microscopy(SEM),creep measurement and Torque rheology were used to characterize the resulting composites.The results indicate that the mechanical performance of the composites could be remarkably improved by adding a limited amount of FF.The flexural strength and modulus increased by 14.6 and 51.4%,respectively(FF content of 9 wt%),while the unnotched impact strength could be increased by 26.5%(FF content of12 wt%).The creep resistance and toughness of thecomposite was markedly improved without changing the plastic content of the composite material.     

Investigation on the compatibilizing effect of m-isopropenyl-α,α-dimethylbenzyl isocyanate grafted polypropylene on polypropylene and wood flour composites

Wood flour (WF) and polypropylene (PP) composites (WF/PP) were compatibilized by m-isopropenyl-α,α-dimethylbenzyl isocyanate grafted polypropylene (m-TMI-g-PP). The effect of wood flour, m-TMI-g-PP contents on the rheology, dynamic mechanical analysis (DMA), mechanical properties, as well as the morphology of the composites were investigated and discussed. Rheology, DMA results showed that m-TMI-g-PP was an effective compatibilizer for WF/PP composites. The shear modulus (G′) and complex viscosity (η*) of the composites were increased, which implied that the composites probably withstood pronounced shear forces, resulting from strong adhesion at the interface between the matrix PP and WF. The mechanical test indicated that the tensile strength and the flexural strength of the composites were improved with increasing content of m-TMI-g-PP. From the properties tests, the optimum loading of WF in WF/m-TMI-g-PP/PP was found to be 40%, and the optimum loading of m-TMI-g-PP was 6%. Property enhancement is attributed to improved wetting and interactions between the PP matrix and WF, which is supported by scanning electron microscopy analysis.     

Mechanical properties of natural fiber composites produced using dynamic sheet former

ABSTRACT

Composites formed from wood fibers and man-made cellulosic fibers in PLA (polylactic acid) matrix, manufactured using sheet forming technique and hot pressing, are studied. The composites have very low density (due to high porosity) and rather good elastic modulus and tensile strength. As expected, these properties for the four types of wood fiber composites studied here improve with increasing weight fraction of fibers, even if porosity is also increasing. On the contrary, for man-made cellulosic fiber composites with circular fiber cross-section, the increasing fiber weight fraction (accompanied by increasing void content) has detrimental effect on stiffness and strength. The differences in behavior are discussed attributing them to fiber/ fiber interaction in wood fiber composites which does not happen in man-made fiber composites, and by rather weak fiber/matrix interface for man-made fibers leading to macro-crack formation in large porosity regions.