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。     

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。     

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。     

用于生物降解膜的聚己内酯与聚乳酸共混物制备及性能分析

聚乳酸农用薄膜在自然条件下能够降解为CO2和H2O,可以有效地避免传统农用薄膜废弃后造成的土壤和环境污染。将聚己内酯与聚乳酸共混可以改善聚乳酸脆性强和韧性差的特点。该文将不同质量比例的聚己内酯(polycaprolactone,PCL)和聚乳酸(polylactic acid,PLA)熔融共混后通过注射成型工艺制备了农业薄膜用PCL/PLA共混物,研究了PCL与PLA配比对共混物力学性能、热稳定性、结晶熔融行为以及表面润湿性的影响。结果表明:随着PCL含量增加,共混物的拉伸强度逐渐下降,而拉伸断裂伸长率和冲击强度则先增大后减小。PCL质量分数为50%时,共混物拉伸断裂伸长率和冲击强度分别达到最大值11.2%和6.4 KJ/m2;扫描电镜分析显示,PCL与PLA相容差,聚酯连续相种类及优势共同主导力学性能走向;热重分析表明,PCL的引入有效减缓了共混物热解速率,PLA质量分数增加共混物燃烧成炭率增大;差示扫描量热法分析表明,相对于PCL和PLA,PCL/PLA共混物玻璃化转化温度、熔融温度和结晶温度均产生了变化,但二者配料比对3种温度影响不明显;接触角分析表明,PCL/PLA共混物接触角相比于PCL和PLA均有所增大,水润湿性能不同程度的降低。综合考虑,PCL与PLA最佳质量比为50∶50。研究可为农业薄膜用聚己内酯与聚乳酸共混物的制备提供依据。     

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。     

玉米秸秆纤维/聚乳酸复合材料的力学及降解性能研究

利用热压工艺制备得到了玉米秸秆纤维/聚乳酸复合材料,研究了玉米秸秆纤维的含量对复合材料力学及降解性能的影响。研究表明:随着玉米秸秆纤维含量的增加,复合材料的力学性能(拉伸强度、断裂伸长率)出现先增大后减小的变化趋势,在玉米秸秆纤维含量为10%时复合材料的断裂伸长率达到20.3%,复合材料的拉伸强度在玉米秸秆纤维含量13%时达到最大值24.38MPa;在降解120 d后,玉米秸秆纤维/聚乳酸复合材料的质量损失率变大,同时随着玉米秸秆纤维含量的增加,复合材料的质量损失逐渐变大,聚乳酸分子量的降低速度加快。     

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。     

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。     

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。     

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。     

"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.     

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。     

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,     

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。     

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。     

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。     

新型生物可降解PLA沙袋沙障降解特性及其影响因子探究

为了延长新型生物可降解聚乳酸（PLA）纤维材料在防沙治沙中的使用寿命,通过对野外铺设5 a的PLA沙袋沙障材料采样测试,结合室内控制温度、湿度单因子试验分析了PLA沙袋沙障的降解特性及影响因子。结果表明:高温高湿条件能够促使PLA沙障材料在短时间内降解。在沙区迎风坡中部的PLA纤维机械性能损失最大;沙障暴露面PLA纤维的机械性能损失率比贴地面大,相差可达12.29%,沙障障体迎风面机械性能损失率最大。夏季雨后高温及频繁剧烈地风沙活动是影响PLA沙障材料降解的主要因子。     

机械活化醋酸酯淀粉的制备及其生物降解塑料膜性能

为了有效提高淀粉基生物降解塑料的性能,本试验对机械活化1.0 h的玉米淀粉（MAS）进行酯化改性,制备了机械活化醋酸酯淀粉（MASA）及机械活化醋酸酯淀粉/聚乙烯醇的生物降解塑料膜（MASA/PVA）,用傅立叶红外光谱仪（FTIR）、差示扫描量热仪（DSC）、扫描电镜（SEM）分别对MASA的结构、热稳定性、形貌等进行测试和表征,并与原醋酸酯淀粉/聚乙烯醇生物降解塑料膜（SA/PVA）对比研究了塑料膜的力学性能和生物降解性能。结果表明,机械活化淀粉经酯化改性后,结构和形貌都有很大的改变,热性能提高;MASA/PVA塑料膜的性能均比SA/PVA好,以机械活化醋酸酯淀粉（DS=0.1）为原料制备的MASA/PVA塑料膜浸水前的拉伸强度为3.56 MPa,断裂伸长率146.22%,24 h吸水率为134.79%,抗热水性能好,在20 d内该塑料膜土埋生物降解率为45.90%。机械活化预处理有效改善了生物降解塑料膜的性能。     

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。