适量木炭粉改善环氧树脂复合材料热/力学性能

为了充分利用木材炭化物,扩大其在复合材料等方面的应用范围,该文采用炭化后的木粉(木炭粉)和环氧树脂,通过模压工艺制备了木炭/环氧树脂复合材料。借助扫描电镜、万能材料试验机、动态热机械分析仪和维卡软化点测量仪等研究木炭粉质量分数对木炭/环氧树脂复合材料弯曲性能、冲击强度、动态力学性能以及耐热性的影响。在环氧树脂中,环氧树脂、反应性稀释剂和固化剂质量比为3∶2∶5;在木炭/环氧树脂复合材料中,木炭粉质量分数分别为0,5%,10%,20%,30%和40%。复合材料固化温度和时间分别设定为100℃和3 h。结果表明,添加木炭粉能有效增强环氧树脂力学性能:与纯环氧树脂相比,弯曲强度和冲击强度最高增加了278%和135%。动态力学性能结果证实随着木炭粉质量分数的增加,复合材料的储能模量和玻璃化转变温度(Tg)也逐渐增加。此外当木炭粉质量分数从0增加到40%时,复合材料的耐热性逐渐提高;维卡软化点从81.2℃提高到274℃。研究结果为,当木炭粉质量分数在10%时,环氧树脂/木炭复合材料具有较佳的力学性能和较好的耐热性能,为木炭在复合材料领域中的应用提供有益的借鉴。     

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。     

稻秸秆粉/聚丙烯复合材料力学性能

采用模压成型工艺制备稻秸秆粉/聚丙烯木塑复合材料,利用万能电子试验机测试了复合材料的拉伸及弯曲性能,用冲击试验机测试了复合材料的冲击性能,用体视显微镜对复合材料的微观结构断面进行了观察。结果表明,硅烷偶联剂KH570处理稻秸秆粉是较好的处理方法,稻秸秆粉质量分数为50%,粒度为60目时,稻秸秆粉/PP复合材料综合力学性能较好。其复合材料表面微观结构光滑。     

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。     

竹粉热处理改善竹粉/聚丙烯复合材料的防霉性能

为改善竹粉/聚丙烯(polypropylene,PP)复合材料的防霉性能,该文通过对竹粉进行热处理,处理温度为150~190℃、处理时间为60~240 min,研究热处理对竹粉化学成分、失重率及吸湿性的影响,测试热处理竹粉对竹粉/PP复合材料颜色、力学性能、表面润湿性及防霉性能的影响。结果表明:随着热处理温度的升高和热处理时间的延长,竹粉综纤维素含量逐渐降低,木质素含量逐渐增加,失重率增大,吸湿性降低;与未热处理的竹粉/PP复合材料相比,热处理复合材料的色差最大值为7.54,弯曲强度和弯曲模量分别下降9.79%和5.37%,但表面润湿性降低,防霉性能增强,防霉被害值由3.75降至2.25,防霉效力为40%。该研究结果可为防霉型竹(木)塑复合材料的研发和应用提供试验数据和理论参考。     

茶粉/聚丙烯复合材料加速老化性能

为高值化利用茶产业剩余物资源,拓宽木塑复合材料中植物纤维来源,以废弃茶梗(tea stalk,TS)为有机填料,与聚丙烯(Polypropylene,PP)制备了TS/PP复合材料;同时为研究其户外应用和老化机制,考察了冻融循环老化对TS/PP复合材料力学性能、材色及热性能的影响,并用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrum,FTIR)、扫描电镜(scanning electronic microscopy,SEM)等分析了复合材料的化学结构、表面形貌及老化机制。结果表明:在经历12次冻融循环老化后,复合材料的弯曲强度、缺口冲击强度、弯曲模量及硬度值保留率分别为28.9%、40.1%、34.5%和86.5%,复合材料的亮度变化值(△L*)、红绿轴色品指数变化值(△a*)、黄蓝轴色品指数变化值(△b*)及色差值△E分别为16.41、2.80、9.03和18.93;复合材料维卡软化点(vicat softing point,VSP)下降了2.9℃,茶粉组分的最快热降解温度降低了4℃;茶粉中木素苯环结构红外吸收峰强度减弱甚至消失,表明在冻融循环老化中茶粉中木素成分发生了降解。SEM显示随冻融循环次数增加,TS/PP复合材料表面裂纹数量增多,裂纹深度和宽度增大,甚至出现交叉裂纹。该研究结果可为进一步探索茶塑复合材料制备及老化规律,提供试验数据和理论参考。     

不同表面处理麦秸秆对木塑复合材料性能的影响

为提高麦秸秆纤维与聚丙烯(polypropylene,PP)基体的界面结合力,采用复合处理法对麦秸秆纤维进行表面处理:先分别用NaOH、乙酸溶液浸泡、水热处理、蒸汽爆破和微波等方法对麦秸秆纤维进行预处理,再复合偶联剂法处理麦秸秆纤维;用熔融共混、模压成型方法制备麦秸秆/废弃PP木塑复合材料,探讨了麦秸秆不同表面处理方法制备PP木塑复合材料力学性能和吸湿吸水性能;用体视显微镜对不同处理的麦秸秆及木塑复合材料拉伸断面进行观察。结果表明:经复合处理的麦秸秆与PP木塑复合材料力学性能和吸湿吸水性能均优于单纯使用偶联剂处理的麦秸秆与PP木塑复合材料;NaOH和乙酸复合处理的复合材料力学性能和抗吸湿吸水性能较好,水热和蒸汽爆破复合处理的复合材料次之。麦秸秆经复合处理后,表面变粗糙,秸秆纤维和PP基体的界面黏合性得到改善。该文研究结果对通过麦秸秆纤维表面处理提高麦秸秆/废弃PP木塑复合材料的性能有重要的实际意义。     

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。     

竹粉/聚丙烯发泡复合材料的增韧效果

为研发可代替聚丙烯(polypropylene,PP)应用于汽车内饰件的木塑复合材料,减少白色污染,节约化石能源,同时提高木塑复合材料的附加值,拓宽其应用领域。该文以注塑法制备竹粉/聚丙烯发泡复合材料,并分别采用乙烯-1-辛烯共聚物(polyolefin elastomer,POE)和马来酸酐接枝POE(maleic anhydride grafted polyolefin elastomer,POE-g-MAH)增韧复合材料。研究了增韧填料对发泡复合材料力学性能的影响,用环境扫描电镜(environmental scanning electronic microscopy,ESEM)对复合材料的冲击断面进行观察,并进行了频率扫描的动态流变测试。结果表明:添加POE和POE-g-MAH在略微降低材料拉伸和弯曲强度的同时,可明显提高材料的缺口冲击强度,二者最佳用量分别为15%和8%;8%POE-g-MAH增韧的复合材料的缺口冲击强度为8.55kJ/m2,提高了35.7%,可很好地应用于汽车内饰件。ESEM显示,增韧后,复合材料的断裂形式转变为韧性断裂。动态频率扫描结果显示,POE对复合材料流变性能的影响较小,而POE-g-MAH增韧的复合材料的储能模量和复数黏度明显增大,且"第二平台"现象更为明显。     

抗老化剂改善竹粉/聚丙烯发泡复合材料的自然老化性能

为探索木塑复合材料的老化规律,改善木塑产品的老化性能,该文以化学发泡法制备的竹粉/聚丙烯(polypropylene,PP)发泡复合材料为研究对象,采用户外自然老化方式,研究自然老化对发泡复合材料材色、弯曲蠕变性能、流变性能的影响;同时为改善发泡复合材料的老化性能,研究了抗老化剂对发泡复合材料自然老化性能的影响。结果表明:抗氧化剂B225和抗紫外线剂UV770均可改善复合材料的自然老化变色,减缓复合材料的老化褪色,提高复合材料老化后的弯曲蠕变性能和流变性能。在提高复合材料材色稳定性和初始刚性方面,添加质量分数为0.6%B225的效果较优,其次是添加0.3%B225+0.3%UV770、最后是添加0.6%UV770;而添加0.3%B225+0.3%UV770的复合材料,其流变性能稳定性较佳。自然老化12个月后,未添加抗老化剂的复合材料产生的色差△E*为22.8,而添加0.6%B225、0.6%UV770、0.3%B225+0.3%UV770的复合材料,其△E*分别为14.2、17.6和16.8。自然老化12个月后,添加抗老化剂的复合材料,其产生的蠕变应变减小且弯曲性能保留率增大。动态频率扫描结果显示,自然老化会降低复合材料的储能模量、损耗模量、复数黏度和平均分子量,缩短松弛时间;添加抗老化剂不仅可提高复合材料的初始流变性能,而且可改善复合材料的流变性能稳定性。研究结果为进一步探索木(竹)塑发泡复合材料的老化规律及木塑生产实践提供数据和理论参考。     

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。     

混杂功能化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

对多壁碳纳米管（MWCNTs）分别进行共价、非共价和混杂功能化改性,然后采用溶液共混法,将三种功能化类型的MWCNTs按不同质量分数分别加入环氧树脂（EP）制备MWCNTs/EP复合材料。通过拉伸试验和热重分析,研究MWCNTs的功能化类型及含量对复合材料力学性能和热学性能的影响,并对复合材料拉伸试件断面进行SEM观察分析。结果表明：与共价功能化复合材料（MWCNTs-Epon828/EP）和非共价功能化复合材料（MWCNTs-PPA/EP）相比,混杂功能化复合材料（MWCNTs-Epon828-PPA/EP）的力学性能和热学性能最佳。当MWCNTs质量分数为0.3%时,其拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率较纯EP分别提高30%,62%和26%。     

稻壳及硅烷添加量对木塑复合材料力学性能的影响

采用一步法连续挤出技术将稻壳粉和聚乙烯进行熔融复合制备复合材料,用硅烷作为偶联剂,研究了稻壳粉与硅烷添加量对复合材料力学性能的影响。实验结果表明：稻壳和硅烷添加量对复合材料界面有很大影响,复合材料的冲击强度、弯曲强度以及抗拉强度随稻壳添加量的增加而明显下降。添加适量的偶联剂可以改善复合材料界面相容性和稻壳在复合体系中分散均匀性,从而改善力学性能。     

适宜共混速度改善低密度聚乙烯/竹粉复合材料力学与流变性能

该文主要研究共混速度对(low density polyethylene,LDPE)/竹粉木塑复合材料、流变性能和吸水率的影响。采用熔融共混方法制备LDPE/竹粉复合材料,通过旋转流变仪、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)和材料试验机等详细研究了共混速度(40,75和100 r/min)对LDPE/竹粉复合材料的复合材料动态力学性能、形态、吸水率和力学性能的影响。在LDPE/竹粉复合材料,LDPE、增容剂马来酸酐接枝聚乙烯(maleic anhydride grafted polyethylene,MAPE)和竹粉的质量比控制在65∶5∶30。共混温度和时间分别设定为170℃和10 min。结果表明,添加竹粉可有效增强LDPE的力学性能。LDPE/竹粉复合材料的拉伸强度和弯曲强度随着共混速度的增加而呈现下降趋势,但是与纯LDPE相比,LDPE/竹粉复合材料(40 r/min)的拉伸强度和弯曲强度分别增加了28%和115%;弯曲模量从48.45 MPa降低到40.75 MPa。与LDPE相比,LDPE/竹粉复合材料(40 r/min)的弯曲模量最高增加了238%;缺口冲击强度则从12.8 k J/m2提高到18.27 k J/m2,但仍低于纯LDPE。在相同频率下(1.0 Hz),随着共混速度的增加,LDPE/竹粉复合材料的储能模量和复数黏度也逐渐下降,加工性能得到了改善;同时复合材料的吸水率也从0.89%(40 r/min)下降至0.59%(100 r/min)。SEM结果表明,竹粉能均匀分布在LDPE中,提高共混速度使得竹粉表面被大量树脂覆盖,改善了界面性能,使得材料断裂面产生大量的塑性形变,提高了材料韧性和冲击强度。试验结果证实共混速度为100 r/min时,LDPE/竹粉复合材料具有较好的冲击强度和较低的吸水率,这为木塑复合材料力学性能和吸水率的改善提供有意借鉴。     

含水率对大豆静压机械特性的影响

为探明不同含水率的大豆物理机械性质、揭示脱粒与输送过程中大豆机械损伤机理,以沈农12大豆为试验对象,应用万能生物材料试验机进行了5种含水率下的大豆破裂强度、弹性模量和压缩功等准静压力学特性试验,获得了6.84%～21.37%含水率范围内、3个方向的大豆破裂强度、弹性模量和压缩功及其变化规律,研究结果可为改进大豆脱粒和输送装置、确定工艺参数提供参考。