含炭量对木炭/聚丙烯复合材料性能的影响

为了改善聚丙烯(polypropylene,PP)的力学性能,该文以木炭、聚丙烯(polypropylene,PP)为主要原料,采用双螺杆挤出机制备木炭/PP复合材料。并利用X射线衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)、差式扫描量热仪(differential scanning calorimeter, DSC)、电子万能力学试验机、动态热机械分析仪(dynamic mechanical analyzer, DMA)、场发射扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)等仪器对复合材料进行性能特性的表征分析。试验结果表明,PP基体在高温下以流体的形式流入木炭的孔隙,并与木炭相互缠绕、粘结,形成一种界面较为致密的结构,这种结构使得复合材料具有较好的静态力学性能(拉伸强度最高为25.47 MPa)与动态力学性能(储能模量最高为4 921.92 MPa)。研究结果可为木炭在生物基材料方面的应用提供新的思路。     

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。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

稻壳粉/改性脲醛树脂模压成型材料的力学性能

为了研究成型材料对模压花盆力学性能的影响,该文以改性脲醛树脂为基体树脂,稻壳与稻壳粉为增强材料,经混炼、热压、成型工序,制备出一种环保花盆。探讨了脲醛树脂改性、改性脲醛树脂用量、稻壳与稻壳粉比例以及湿循环处理对花盆力学性能的影响,采用热重分析仪(thermo-gravimetric analysis,TGA)及扫描电子显微镜(scanning electronic microscope,SEM)分析了秸秆花盆湿循环处理前后的热稳定性及微观结构。结果显示:改性脲醛树脂和稻壳粉有利于改善秸秆花盆的力学性能,当增强填料与基体树脂的比例为1:0.5,稻壳占稻壳粉的质量分数为30%时,花盆的静曲强度(modulus of rupture,MOR)、弹性模量(modulus of elastic,MOE)及拉伸强度(tensile strength,TS)分别达75.48 MPa、16.06 GPa、17.44 MPa;湿循环处理试验中,以稻壳为增强材料为例,当基体树脂为改性脲醛树脂时,其MOR、MOE及TS分别降低21.97%、24.91%、15.09%;当基体树脂为大豆蛋白改性脲醛树脂时,其MOR、MOE和TS分别降低9.92%、15.37%、30.10%。热重分析发现湿循环处理后花盆热稳定性有所提高,微商热重出现最大失重率的温度向高温侧偏移29.5℃。扫描电子显微镜分析表明湿循环处理后样品表面粗糙度增加,增强体与树脂发生分离。该研究结果为进一步研究秸秆花盆制作工艺和使用年限的相关性提供理论依据。     

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。     

NaOH碱处理浓度对毛竹篾及其环氧树脂复合材料性能影响

为研究NaOH碱处理浓度对毛竹竹篾及其环氧树脂复合材料性能的影响,该研究采用热压成型制备竹篾平均质量分数为75%的复合材料,通过设置4种NaOH溶液浓度梯度,利用微观形貌观察（Scanning Electron Microscope）、热重分析（Thermogravimetric Analysis）、动态热机械分析（Dynamic Mechanical Analysis）等手段表征材料性能变化。结果表明NaOH碱处理去除了竹篾表面部分木质素、半纤维素及蜡质等杂质,使其极性发生变化,结晶度从60.0%提高至63.6%,拉伸强度和热稳定性增强;当NaOH溶液浓度为2%时,竹篾的拉伸强度提高了52.11%,其复合材料剪切强度提升了55.24%;同时,在30～90℃,NaOH碱处理的竹篾/环氧树脂复合材料（NaOH-BS/EP）在动态载荷作用下有更好的结构稳定性,2%NaOH溶液处理的复合材料储能模量最大值是未处理的1.3倍。NaOH碱处理可以增强竹篾的热稳定性、拉伸强度,改善与环氧树脂的界面强度,提高复合材料的静态及动态力学,可用于户外农业工程材料、建筑、户外园林等,既降低生产成本,同时提高...     

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。     

适宜炭化温度及时间改善生物质成型炭品质

为制备品质特性较佳的成型炭块,对螺杆挤出的生物质高密度成型燃料进行炭化,试验研究了炭化温度(400、450、500、550和600℃)、升温速率(2、6和10℃/min)和保持时间(60、120和180 min)对成型炭块的工业分析成分、热值和力学强度等品质指标的影响。随着炭化温度的提高,成型炭块的炭得率、挥发分含量降低,固定碳含量提高,热值增大;炭化温度550℃时热值达到最大值,为31.04 MJ/kg,抗压强度和抗跌碎强度均较好。升温速率对成型炭块的力学性能影响较大,升温速率越小,抗压强度越大;升温速率为2℃/min时,成型炭块表面裂纹少,抗压强度达最大值,为439.8 k Pa;相应地,抗跌碎强度亦较佳,为95.5%。保持时间为120 min时成型炭块具有较高的热值29.63 MJ/kg,较大的抗压强度192.1 k Pa和较好的抗跌碎强度96.7%,过长或过短的保持时间都不利于成型炭块品质的提升。     

麦秸石膏复合材料力学性能和抗火性能研究

为提高麦秸利用率,增强石膏板力学性能,改善现有木基石膏板的抗火性能,试验以粒径分别为0.30～0.60和0.18～0.30 mm的粗、细2种麦秸纤维为增强相,以建筑石膏为连续相,采用复合常温固化型结构胶粘剂代替添加石膏缓凝剂的传统方式,提出了麦秸石膏复合材料初步成型和加湿增强的两步法制备工艺,并与杉木纤维和杉木刨花石膏复合材料的力学性能和抗火性能进行对比。结果表明,细麦秸纤维石膏复合材料的物理力学性能优于粗麦秸纤维石膏复合材料,其内结合强度、静曲强度、弹性模量和吸水厚度膨胀率分别为0.33 MPa、7.1 MPa、2370 MPa和2.82%,满足《LY/T1598-2011石膏刨花板》标准的要求。由于麦秸本身具有较低的导热系数和较高的灰分含量,麦秸石膏复合材料具有较杉木石膏复合材料更优的抗火性能,其点燃时间较杉木纤维石膏复合材料高,无明显热释放速率峰值。与杉木纤维石膏材料和杉木刨花石膏材料相比,细麦秸纤维石膏复合材料的总热释放量分别低48.18%和35.87%,CO2生成速率主峰分别低42.25%和38.81%,CO生成速率主峰相近,残重率略高。试件残照表明麦秸石膏复合材料试件燃烧后外观形貌更完整,炭化程度减轻。通过扫描电镜发现,麦秸纤维的外表面较光滑,石膏主要吸附在麦秸的内表面,较小纤维单元有利于增加石膏与麦秸内表面的接触面积。因此,从微观上说明了细麦秸纤维石膏复合材料的力学性能较高的原因。麦秸秆光滑的外表面几乎充满SiO2,这也说明了麦秸石膏复合材料有较好抗火性能的原因。研究可为石膏基复合材料的功能提升和麦秸石膏复合材料产品的工程应用提供参考。     

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。