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。     

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。     

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。     

秸秆碎料凸向模压成型流变特性的试验研究

采用模拟压缩的方法,研究了低密度秸秆碎料凸向模压成型的流变特性及主要影响因素。结果表明,凸向模压成型时物料充填具有不均匀性和压缩时序性。物料流变以纵向为主,横向流变使充填趋于均匀。横向位移受物料形态影响最大,其次是装料高度和斜面倾角。     

丙烯酸酯木塑复合材料增容剂的性能及应用

该文以含有双键官能团的硅氧烷和丙烯酸酯类为原料,通过自由基聚合方法,制备了丙烯酸酯类木塑增容剂,采用模压成型工艺制备了甘蔗渣/聚乙烯木塑复合材料,利用万能电子试验和冲击试验机测试其拉伸及冲击性能,结果表明,采用硅烷偶联剂KH-570和甲基丙烯酸缩水甘油酯等丙烯酸酯类的共聚物是较好的木塑复合材料增容剂,其共聚单体中引入的环氧基团可以和氨基硅烷偶联剂的氨基或纤维素中的羟基进行开环交联反应,使木粉纤维和丙烯酸酯类共聚物之间形成交联互贯网络,在甘蔗渣、增容剂和塑料之间形成均匀稳定的微观分散体系,降低了纤维素极性,     

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。     

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。     

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。     

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。     

三聚氰胺-脲醛树脂改性木基石膏复合材料的效果及机理

为提高木基石膏复合材料的力学性能,以杉木刨花为增强相,以建筑石膏为连续相,采用三聚氰胺-脲醛树脂(melamine-urea-formaldehyde MUF)粘结初步成型和增湿固化2阶段的免加石膏缓凝剂制备方法,开展了MUF用量和木材/石膏质量比对木基石膏复合材料物理力学性能影响试验,并与相应产品标准、结构板材标准及现有文献进行对比。结果表明,试验范围内,MUF用量与木基石膏复合材料力学性能呈正相关关系,木材/石膏质量比的影响较小;MUF用量为15%以上时,木基石膏复合材料的力学性能满足《石膏刨花板:LY/T 1598-2011》产品标准的要求;MUF用量为21%及以上时,除顺纹抗弯强度,其余性能符合《定向刨花板:LY/T 1580-2010》结构板材标准的规定;MUF用量为33%及以上时,木基石膏复合材料达到《结构胶合板:GB/T 35216-2017》结构板材标准中E5.0~F16.0强度等级。抗弯性能试验中,石膏板为脆性破坏,木基石膏刨花板具有一定的延性性能。综合强度和成本,MUF用量为33%、木材/石膏质量比为0.30为较优的原材料配比。优化原材料配比条件下,木基石膏复合材料的内结合强度、静曲强度、弹性模量、位移延性系数和24 h吸水厚度膨胀率分别为1.28 MPa、16.5 MPa、7 350 MPa、1.64和1.23%。采用该2阶段制备方法,木基石膏复合材料中石膏晶体形态细长,且随着MUF用量的增加,晶体交错搭接、叠合现象明显,接触面积增加,晶体结构更加致密,石膏连续相强度增加;MUF用量提高,石膏在刨花表面的覆盖量明显增加,刨花增强相与石膏连续相之间界面性能显著改善。研究结果可为木基石膏复合材料力学性能的进一步提升提供参考,并为其产品的工程应用提供数据支撑。     

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。     

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。     

玄武岩纤维改进亚麻纤维/不饱和聚酯复合材料的耐候性

为了研究玄武岩纤维和亚麻纤维增强不饱和聚酯(unsaturated polyester resin,UP)复合材料的耐候性能,通过人工模拟加速气候箱对混杂复合材料(hybrid composite materials,HCM)进行紫外光和喷凝处理,分析了老化前后对HCM的力学性能、动态热机械性能、吸水性能及微观结构变化的影响。力学测试结果表明,随紫外老化时间增加,H1、H2和H3(玄武岩纤维分别占总纤维质量的20.3%、41.5%和63.7%)的弯曲强度和冲击韧性先增大后降低,其中弯曲强度保持率分别为:62.5%、58.1%和57%;冲击韧性保持率分别为:66.8%、66.7%和53.2%。紫外老化时间对H3的弯曲强度影响显著(P0.05),而玄武岩纤维含量对HCM的弯曲强度保持率影响不显著(P0.05)。老化后的HCM的刚性增强,脆性增大,同时界面结合强度变差。老化600 h后,H1、H2和H3的吸水率与未老化相比分别增长了39.1%,44.9%和50.3%。与未老化的HCM相比,老化后亚麻纤维容易脱胶,空隙较多;玄武岩纤维与基体结合紧密,周围出现基体碎片。以上研究结果表明紫外老化使HCM进一步固化,力学性能增强;但随老化时间延长,基体发生不可逆硬度增加,脆性使纤维与基体的界面容易出现微裂纹,从而导致HCM性能下降;水分对亚麻纤维与基体的界面有影响并对破坏界面过程进行初步探索,验证了水分破坏存在的合理性。以上综合分析表明,H1的耐候性更好,而基体UP的降解将严重影响HCM的耐候性能。