玄武岩纤维布/不饱和聚酯复合材料耐老化性能

为探明玄武岩纤维/不饱和聚酯(UP,unsaturated polyester resin)复合材料的耐候性和力学性能,通过人工模拟加速气候箱对复合材料进行紫外光和冷凝处理,并测试、分析老化前后复合材料的力学性能、微观结构及化学结构的变化。力学性能测试发现,老化后的复合材料力学性能下降明显,拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弹性模量与未老化相比分别下降了35%、20%、60%和52%。扫描电子显微镜(SEM,scan electron microscope)观察老化前后的复合材料,发现包裹在纤维周围的树脂逐渐脱落,基体降解并产生碎片和横向裂纹并不断扩展形成多级开裂。傅立叶红外光谱分析(FTIR,Fourier transform infrared spectrum)测试发现,老化后的复合材料在1 725 cm-1处的酯羰基吸收峰减弱,1 280和1 130 cm-1处酯基消失;同时,在747和702 cm-1处的邻苯型1,2-二取代吸收峰也消失。研究结果表明,不饱和聚酯上的羰基与双键或苯环上的羰基共轭体系发生变化,使酯羰基分解产生CO;同时,聚酯发生链断裂、自由基终止等交联反应。玄武岩纤维/UP复合材料的耐老化研究有利于延长该产品的使用寿命,对下一阶段制备玄武岩纤维/亚麻纤维混杂复合材料的耐候性和力学性能提供参考依据。     

增容剂改善茶粉/聚乳酸生物质复合材料性能

为降低聚乳酸的生产成本、拓宽其应用范围和高值化利用茶产业剩余物资源,以茶粉(tea dust,TD)为填料,聚乳酸(polylactic acid,PLA)为基体,经密炼、注塑工艺制备了环境友好型TD/PLA复合材料。以过氧化二异丙苯(dicumyl peroxide,DCP)为引发剂,通过熔融反应制备了甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚乳酸(glycidyl methacrylate grafting PLA,GMA-g-PLA),用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrum,FTIR)和核磁共振氢谱(H nuclear magnetic resonance,1H-NMR)对其进行了表征,并以GMA-g-PLA为增容剂,考察了其添加对TD/PLA复合材料力学性能、界面形态、热性能及吸水性能的影响。结果表明,FTIR和1H-NMR分析证实了GMA成功地接枝到了PLA上。GMA-g-PLA的添加明显改善了TD与PLA的界面相容性,提高了TD/PLA复合材料的力学性能和热稳定性,降低了吸水率。在GMA-g-PLA添加质量分数为10%时,复合材料的力学性能最佳,与未增容TD/PLA复合材料相比,其拉伸强度、弯曲强度及缺口冲击强度分别提高43.8%、42.1%和24.1%,拉伸模量和弯曲模量提高26.5%和10.4%,断裂伸长率提高26.1%。该研究结果可为进一步探索茶塑复合材料界面改性规律及制备聚乳酸基复合材料,提供试验数据和参考。     

玄武岩纤维改性大豆蛋白胶黏剂性能及胶合机理

为提高大豆蛋白胶黏剂的胶合强度,开发环境友好型木材用生物质胶黏剂,采用玄武岩纤维(basalt fiber,BF)作为增强改性剂,成功制备了胶接性能优良的玄武岩纤维改性大豆蛋白胶黏剂(basalt fiber/soybean protein isolate adhesive,BF/SPIA),并对BF/SPI的胶接强度、流变特性、化学基团及形态结构进行了分析。研究结果表明:随着玄武岩纤维用量的逐步提高,改性大豆蛋白胶黏剂的力学强度呈先增加后下降的趋势。当BF质量分数为5%时,BF/SPIA干、湿状胶接强度分别达2.15和0.92 MPa。流变特性测试结果表明BF/SPI胶黏剂的剪切模量有所增加;傅里叶红外光谱(fourier infrared spectrum,FTIR)显示出改性大豆蛋白胶黏剂中亲水基团降低,Si—O键特征峰明显,BF与大豆蛋白分子间相互作用,形成新的复合结构;扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)图谱印证了BF与SPAI两相体系融合性良好,且固化胶接界面较为致密。中试试验结果进一步表明玄武岩纤维改性大豆蛋白胶黏剂具有良好的稳定性,其湿状胶接强度可高达1.05 MPa,木材压缩率仅14.92%,实用性较强。该研究可为改性大豆蛋白胶黏剂的工业化应用及推动环保木材胶黏剂的应用进程提供理论参考。     

纳米CaCO3增强竹浆纤维/环氧树脂复合材料的动态力学性能

为探索碳酸钙(CaCO_3)无机颗粒界面增强机理,建立竹纤维表面微纳米颗粒的附载与界面增强技术的内在联系,该论文以竹浆纤维(bamboo pulp fiber,BPF)和环氧树脂为主要材料,采用纳米CaCO_3浸渍改性工艺,通过真空辅助树脂浸注技术制备BPF/环氧树脂复合材料,利用动态力学分析仪对其动态热机械性能和界面性能进行研究。结果表明:测试频率为单频(1Hz)时,在–20~120℃,纳米CaCO_3浸渍改性竹浆纤维(BPF treated by impregnation modification,IMBPF)增强环氧树脂复合材料的最大储能模量是BPF/环氧树脂复合材料的1.3倍;测试频率为多频(1,2,5,10和20 Hz)时,频率对BPF/环氧树脂复合材料和IMBPF/环氧树脂复合材料的影响规律相同,储能模量,损耗模量和损耗因子均随频率的增加而增加且逐渐向高温方向移动。BPF/环氧树脂复合材料和IMBPF/环氧树脂复合材料的玻璃化转变温度均随频率的增加而升高,而测试频率对损耗因子影响不大;IMBPF/环氧树脂复合材料的玻璃化转变表观活化能(369.0kJ/mol)低于BPF/环氧树脂复合材料(495.8 kJ/mol),但IMBPF/环氧树脂复合材料的频率和玻璃化转变温度倒数的相关性(决定系数0.987 6)优于对照样(决定系数0.965 9);在–20℃、40℃和100℃时,IMBPF/环氧树脂复合材料的储能模量对频率的依赖性高于对照样;纳米CaCO_3浸渍改性技术可改善复合材料的界面性能,从而为纳米增强复合材料的研究提供理论依据。     

用于复合材料的小麦秸秆纤维性能及制备工艺

针对目前中国小麦秸秆利用率不高以及燃烧秸秆所带来的环境污染问题,该文研究了利用稀烧碱溶液处理小秸秆以制备用于复合材料的小麦秸秆纤维的性能及制备工艺,研究了氢氧化钠溶液质量分数、液固比、处理温度和处时间等工艺参数与小麦秸秆纤维失重率的关系,并对所制备的小麦秸秆纤维的强伸性能、表面性能进行了测试。结果明,小麦秸秆经稀烧碱溶液处理(氢氧化钠质量分数4%、液固比30mL/g、处理温度100℃、处理时间60min)后制的小麦秸秆纤维力学性能与原样相比没有明显损伤,但内、外表面结构均变得疏松,比表面积增大,滴水接触角变小从而提高了聚合物聚乳酸对秸秆纤维的浸润性能,提高了二者之间界面的粘结性。该研究结果为利用小麦秸秆制备秸纤维增强聚乳酸复合材料提供参考。     

冻融循环老化降低竹粉/聚丙烯发泡复合材料性能

竹粉/聚丙烯(polypropylene,PP)发泡复合材料具有密度低、比强度高等优点,为了探讨期老化规律,该文研究冻融循环对不同竹粉含量(0,20%,33%和42%)的发泡复合材料的材色、物理力学性能、热学性能的影响,并结合环境扫描电镜(environmental scanning electronic microscopy,ESEM)和傅里叶红外光谱(fourier transform infrared spectrum,FTIR)对复合材料的表面形貌及化学结构进行分析。结果表明:随着竹粉含量增加,冻融循环老化对复合材料的材色和物理力学性能影响越明显,且随着冻融循环次数的增加,复合材料产生的色差越大,力学性能降低越多。9次冻融循环后,0、20%、33%和42%竹粉/PP发泡复合材料产生的色差ΔE*分别为0.9、2.4、7.0和9.9,弯曲模量、弯曲强度、拉伸强度和缺口冲击强度的保留率分别为95.2%~99.1%、97.3%~98.9%、94.9%~97.5%和92.0%~95.6%。热重分析(thermogravimetric analysis,TG)结果表明,9次冻融循环老化后,0和33%竹粉/PP发泡复合材料的初始热分解温度分别下降了19和8℃。ESEM显示,老化后复合材料表面出现少量的裂纹以及褶皱,且少量的表层高分子层脱落。FITR测试结果发现,冻融循环过程中复合材料的木材指数减少,表明材料表面的竹粉颗粒损失,且基体PP的基团峰强度减弱。该研究可为进一步探索竹塑发泡复合材料的老化规律,制定产品标准提供试验数据和理论参考。     

含氢硅油改性稀土荧光竹塑复合材料的耐水性

为提高稀土荧光竹塑复合材料的耐水性能,拓宽其应用范围。利用含氢硅油改性竹粉和铝酸锶荧光粉表面,熔融共混,注塑成型的方法制备稀土荧光竹塑复合材料。通过接触角测量仪、荧光分光光度计、电子万能试验机、扫描电镜等仪器研究含氢硅油改性对复合材料接触角、吸水性能、发光性能和力学性能的影响。结果表明：未改性复合材料表面具有亲水性,改性复合材料表面具有疏水性。相比于未改性复合材料,改性复合材料的吸水率和吸水厚度膨胀率较低。经11 d水浸泡,改性复合材料的相对发光强度下降28.82%显著低于（P＜0.05）未改性复合材料的46.40%,改性复合材料的发光性能耐水性更好。随着浸水时间的延长,复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度均下降并趋于稳定,冲击强度先增大后减小,然后趋于稳定,与未改性复合材料相比,改性复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度的下降率较低（P＜0.05）,改性复合材料的力学性能遇水更稳定。扫描电镜显示,改性复合材料中荧光粉和竹粉在基体中分散较均匀、团聚减少、界面黏合强度改善。复合材料经含氢硅油改性后,游离羟基数量减小,羟基吸收峰向低波数移动,在1 387.75 cm-1处出现Si-CH3的特征吸收峰,表明含氢硅油与竹纤维和荧光粉表面羟基发生了化学反应,研究结果对提高稀土荧光竹塑复合材料的耐水性具有实际意义。     

竹粉/聚丙烯发泡复合材料加速老化性能的研究

为改善木塑复合材料密度大、韧性差的缺陷,采用注塑法制备竹粉/聚丙烯(polypropylene,PP)发泡复合材料;同时为加强木塑材料的生产和质量管理,采用氙灯加速老化方式,研究老化对发泡复合材料力学性能、材色、流变性能的影响,并采用环境扫描电镜(environmental scanning electronic microscopy,ESEM)和傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrum,FTIR)对材料进行分析。结果表明:历时1 200 h氙灯加速老化后,材料的弯曲强度、弯曲模量和缺口冲击强度的保留率仅分别为79.4%、68.3%和75.6%;产生的色差ΔE*和白度变化值ΔL*分别为49.0和48.4。频率扫描结果显示,老化后,复合材料的模量和黏度下降。ESEM显示,老化后材料表面出现孔洞和裂缝,且部分竹粉暴露在材料表面。FTIR结果表明,老化过程中,复合材料发生了光氧化降解反应。该研究可为进一步探索竹塑发泡复合材料的老化规律,制定产品标准提供试验数据和理论参考。     

竹粉接枝改性提高竹塑复合材料的力学性能

为提高竹粉与聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯（polyethylene terephthalate glycol,PETG）基体的界面结合力,拓宽其应用领域,该论文以2-溴异丁酰溴修饰过的竹粉为大分子引发剂,FeCl3·6H2O/三苯基膦为催化体系,抗坏血酸为还原剂,采用电子活化再生原子转移自由基聚合法在竹粉表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯,并通过红外光谱分析竹粉改性前后的表面化学基团变化。利用熔融共混、模压成型方法制备竹粉/PETG 竹塑复合材料。研究了竹粉接枝前后竹塑复合材料的弯曲性能,考察了竹粉改性对竹塑复合材料动态热力学性能的影响,并利用环境扫描电镜对竹粉/PETG 复合材料冲击断面进行观察。研究结果表明：接枝前后竹粉的红外光谱的显著变化证实了接枝反应的发生,聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate,PMMA）成功地接枝到竹粉表面;与未改性的竹粉相比,改性后竹粉填充PETG复合材料的弯曲性能有较大提高,如竹粉质量分数为30%复合材料改性后弯曲强度提高了16%;动态热机械分析可知,竹粉经改性后其复合材料玻璃化转变温度和损耗角正切均有所降低,且在升温过程中仅出现一个损耗峰,表明竹粉表面接枝的PMMA可以充当竹粉与PETG的增容剂;环境扫描电子显微镜显示,竹粉经接枝改性后,竹粉能均匀分散在PETG基体中,竹粉与PETG基体之间的相容性得到了有效改善,界面结合良好。研究结果对通过竹粉表面处理提高竹粉/PETG竹塑复合材料的性能有重要的实际意义。     

理化预处理麦秸改善其聚丙烯复合材料抗霉菌腐蚀力学性能

为探讨麦秸秆不同处理方法对其制备的聚丙烯（polypropylene,PP）复合材料耐霉菌腐蚀性能影响,采用NaOH、HAc、水热、微波4种方法对麦秸秆纤维进行表面预处理,并对未处理和4种处理麦秸秆制备的复合材料进行霉菌加速腐蚀试验,测试了5种复合材料腐蚀前后的力学性能、颜色变化和吸水性,用傅立叶红外光谱分析其官能团的变化,观察并分析复合材料表面霉菌生长情况及表面微观结构。结果表明：霉菌能腐蚀麦秸秆纤维中的纤维素、半纤维素和木质素,使复合材料表面产生裂纹和孔洞,预处理可改善麦秸秆纤维和PP基体间的界面结合,有效地阻止霉菌腐蚀复合材料中麦秸秆的纤维素、半纤维素和木质素,其中5%NaOH预处理效果最佳,其弯曲强度、拉伸和冲击强度分别比未处理的提高了1.68%、3.67%和75.28%,吸水率和色差值降低12.99%和55.25%,经预处理麦秸秆制备复合材料腐蚀后表面裂纹和较大孔洞减少。该研究结果可为提高木塑复合材料防霉效力提供试验数据和理论参考,有利于延长木塑复合材料使用寿命。     

"Green" composites from renewable resources: preparation of epoxidized soybean oil and flax fiber composites

In recent years there has been considerable interest in using natural plant fibers as reinforcements for plastics. The motivation includes cost, performance enhancement, weight reduction, and environment concerns. High performance flax fiber could potentially substitute for glass or carbon fibers as reinforcements for plastics. This study reports the "green" composites obtained from a mixture of epoxidized soybean oil and epoxy resin, 1,1,1-tris(p-hydroxyphenyl)ethane triglycidyl ether (THPE-GE), reinforced with flax fiber. The compression molding method is used for making the composites. Curing agents triethylenetetramine and diethylenetriamine provide better physical properties of the composites than Jeffamine agents D-230 and EDR-148. Both the flexural modulus and the tensile modulus of the composites increase as the amount of THPE-GE increases. The flexural modulus increased at a fiber content of <10 wt %, but there is a decrease beyond 10 wt %. The tensile modulus increases with fiber content until a maximum at 13.5 wt %, and then it decreases. The flax fiber length affected the mechanical properties of the composites: the longer the fiber length, the better are the mechanical properties observed.     

竹粉/不饱和聚酯复合材料力学性能与断面图像特征

为探明粒径对竹粉/不饱和聚酯复合材料力学性能的影响以及力学性能与拉伸断面图像特征之间的关系,采用平板模压法制备了竹粉/不饱和聚酯复合材料并测试了其力学性能,应用局部二元模式直方图的傅立叶特征算法提取复合材料拉伸断面电子显微镜图像特征。结果表明:与20～30目竹粉比较,>30～40目竹粉/不饱和聚酯复合材料的拉伸强度、弯曲强度与弯曲模量分别提高32.9%、34.4%、25.4%;>100～120目的复合材料拉伸强度、弯曲强度与弯曲模量则比>30～40目的分别降低10.6%、20.8%、12.9%;200目竹粉/不饱和聚酯复合材料的拉伸强度与弯曲强度比>100～120目的分别提高11.7%与18.3%。不同粒径竹粉复合材料拉伸断面图像特征存在差异,具有相似力学性能的复合材料断面图像纹理特征有一定相似性。本文通过拉伸断面图像特征来表征复合材料微观形貌与力学性能的差异,为建立复合材料断面微观形貌与力学性能之间的定量关系提供参考。     

木质素纤维改良膨胀土的冻融特性及微观机理

高寒区复杂环境场是渠基膨胀土劣化的主要原因，渠基膨胀土改良是保障渠系工程安全运行的重要手段。为探索冻融循环下膨胀土的纤维改良效果，以北疆某引调水工程为背景，开展木质素纤维改良膨胀土的系列室内试验，探明冻融循环下改良膨胀土的体变特性、抗压强度特性、抗拉强度特性及其作用机理。结果表明：相较于未改良试样，冻融循环下改良试样的体积变化率减小了24%～37%；在15次冻融循环后，未改良试样抗剪强度衰减率在42.2%以上，而改良试样抗剪强度衰减率则显著低于29.1%；反复冻融作用并未显著影响试样的压应力-应变关系曲线特征，而是造成试样拉应力-应变关系由“线弹性增长-强化-软化”特征发展为“线弹性增长-软化”特征；木质素纤维的掺入可以有效改善冻融循环下膨胀土的体变特性、抗剪强度特性、抗压强度特性、抗拉强度特性，且当掺量和长度分别为2%和1 mm时，木质素纤维改良膨胀土冻融特性的作用效果最为显著。同时，冻融循环下改良试样内部结构损伤程度显著低于未改良试样，原因在于木质素纤维的存在限制了冻融循环下土颗粒间的错动、重分布，在一定程度上保证了膨胀土内部结构完整性。     

Plant factors influencing enzyme retting of fiber and seed flax.

Retting, which is the microbial activity through which bast fibers are released from nonfiber tissues, is the limiting factor in flax processing. The objective of this work is to identify chemical and structural characteristics in a variety of fiber and seed flax types that influence enzyme retting in a recently developed method. Analyses of flax retted in a series of tests, including two enzyme rettings in some cases, indicated that lignin did not limit the separation of fibers from shive and showed that pectinases in enzyme-retting mixtures could ret fiber and seed flax. However, mature stems, such as that in flax produced for seed, had greater amounts of cutin and wax in the cleaned fiber product, suggesting that the cuticle could be a greater antiquality factor in seed versus fiber flax. With seed flax, the fraction of finer fibers produced during retting was significantly lower than with fiber flax. Results indicated that enzyme retting could be used to obtain flax fibers from seed flax stem residues and add value to this agricultural material.     

香蕉茎秆纤维化学脱胶工艺及脱胶纤维性能

为了将废弃的香蕉茎秆制备纤维的工艺运用到纺织领域,采用化学法脱胶工艺提取香蕉茎秆纤维。研究预酸,预氧及碱液煮炼工艺条件对香蕉茎秆纤维脱胶率和残余木质素率的影响,确定较佳的脱胶工艺。采用傅立叶红外光谱(fourier transformed infrared spectroscopy,FTIR)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)分析较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维的理化特性;并对其力学性能进行测试与分析。结果表明:预酸采用H2SO4质量浓度2 g/L,浴比1∶20,水浴温度55℃,时间2 h;预氧处理工艺采用H2O2质量浓度7 g/L;助剂Na2Si O3质量分数3%,多聚磷酸钠质量分数2%;温度95℃,p H值11,浴比1∶20,时间1.5 h,升温时间35~40 min;碱液煮炼Na OH溶液质量浓度9 g/L,常压0.1 MPa煮沸,温度100℃,时间3 h,浴比1∶20;酸洗用H2SO4体积分数0.1%,温度28℃,时间5 min。在此条件下,香蕉茎秆纤维的脱胶率为68%,残余木质素率为8.21%。FTIR结果表明对比香蕉茎秆粗纤维,化学法较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维去除了大部分的半纤维素和木质素,相对结晶度为60%;断裂截面的SEM图表明化学法制备的香蕉茎秆纤维呈现脆性-塑形复合型断裂形式,直径范围在0.068 mm左右。力学性能测试结果表明较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维拉伸强度,杨氏模量和断裂伸长率分别是353.09 MPa,18.34 GPa和1.70%。结果表明化学法较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维在纺织工业具有一定的应用前景。     

四种植物纤维粉/聚丙烯复合材料应用性能

为了充分利用农作物及农业废弃物中的植物纤维,研究环境友好材料,研究了4种植物纤维粉/聚丙烯复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量等力学性能,并对其吸水和热变形性能进行了分析。结果表明：麦秆粉与稻壳粉混合纤维粉填充聚丙烯时,复合材料有较好的性能;稻壳粉、混合纤维粉及松木粉分别填充聚丙烯复合材料的拉伸强度和弯曲强度相差不大;竹粉填充聚丙烯复合材料的力学性能较低,吸水性及加热后尺寸变化率较大,综合性能较差。稻壳粉与聚丙烯相容性较好,竹粉和松木粉与聚丙烯的相容性较差。稻壳粉、混合纤维粉能与聚丙烯制备性能较好的木塑复合材料。     

四种昆虫鞘翅断面的超微观结构及仿生模型（英）

研究动物鞘翅的内部结构,为复合材料的结构设计提供设计依据,以东方白点花金龟（Protaetia orentalis）、臭蜣螂（Copris ochus）、星天牛（Anoplophora chinensis）和黄缘真龙虱（Cytister bengalensis）为研究对象,利用扫描电子显微镜对鞘翅断面进行了分析,并结合四种昆虫的生活环境,对观察到的鞘翅材料结构进行了分析和总结;针对鞘翅材料的结构特点,概括和总结了纤维模型和层状复合材料模型。研究结果表明：四种昆虫的鞘翅均由层状复合材料组成,在鞘翅内部发现的纤维（束）的形态略有区别。在花金龟鞘翅的纤维（束）形态有T型结构、正交叠层结构和分叉纤维结构;臭蜣螂鞘翅的纤维（束）形态有网状结构、块状凸起结构和刺状纤维结构;星天牛鞘翅的纤维（束）形态有空腔结构、螺旋结构、孔洞结构和刺状结构;龙虱鞘翅的纤维（束）形态有空腔和孔洞结构。这些天然生物纤维结构形式为轻质仿生复合材料的结构设计提供了可供学习和效仿的生物模型;基于四种昆虫鞘翅的内部结构分析,总结了常用的几种纤维模型,即分叉纤维模型和螺旋纤维模型,并对两种模型进行了模型示意,几种结构模型为复合材料特别是层状复合材料和纤维增强复合材料的仿生结构设计提供了依据。