竹纤维增强聚己内酯复合材料制备工艺

将竹纤维(BF)和聚己内酯(PCL)熔融共混模压制备竹纤维增强聚己内酯(BF/PCL)复合材料,采用硅烷偶联剂(KH560)做界面调控。结合力学、红外、扫描电镜及凝胶色谱等分析检测,确定最佳偶联剂用量和最佳模压温度。结果表明:偶联剂用量为1%(占纤维绝干重量)时,复合材料力学性能较佳,冲击、拉伸强度和断裂伸长率分别为13.72 kJ/m~2,12.71 MPa和6.28%;模压温度为90℃时,复合材料的冲击、拉伸强度及断裂伸长率分别达到15.02 kJ/m~2、14.21 MPa和7.21%,力学性能优良。     

分丝方法对竹纤维提取及机械性能的影响

天然植物纤维替代合成纤维应用已广受关注。竹纤维具有资源广泛、质量小、比强度和比模量高等优点,用作复合材料的增强材料具有多方面优势。分别采用梳理、辊压/平压联合梳理多种分丝方法提取竹纤维,研究了分丝方法对竹纤维提取及机械性能的影响。结果表明:提取出的较好竹纤维主要由原竹材维管束上的纤维束组成,直径集中分布于007~020 mm;采用多级分丝方法可有效降低纤维细度,提高纤维分离度和均匀性,但也可能加大纤维内部缺陷。辊压与梳理联合分丝提取竹纤维具有较高的机械性能,辊压梳理工艺提取的竹纤维平均拉伸强度、断裂伸长率和拉伸模量分别为(479±175)MPa,(195±071)%和(331±125)GPa。采用二参威布尔模型对竹纤维机械性能分析可知,分丝方法对竹纤维拉伸强度和拉伸模量的威布尔形状参数有一定影响,辊压梳理及辊压二次梳理所得竹纤维的拉伸强度威布尔形状参数低于其他分丝方法,二次梳理所得竹纤维的拉伸模量威布尔形状参数高于一次梳理。     

淀粉/木粉复合材料的制备与性能研究

以淀粉和木粉为原料,甘油为增塑剂,通过挤出成型制备淀粉/木粉可生物降解复合材料,重点研究淀粉/木粉混合比例对复合材料性能的影响。采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和热重分析（TGA）对复合材料进行表征,并对复合材料的力学性能和吸水性能进行测试。实验结果表明：木粉的加入破坏热塑性淀粉的连续性,使复合材料的结晶度增大。复合材料的拉伸强度、吸水率和吸水厚度膨胀率随着木粉比例增大逐渐增大,断裂伸长率却逐渐降低。TGA测试结果表明,随着木粉加入比例增大,复合材料的热分解起始温度逐渐降低,但热分解的终止温度逐渐升高,淀粉和木粉两相依赖性逐渐减弱。     

等温结晶对杨木纤维/聚乳酸复合材料性能的影响

【目的】研究等温结晶处理对木纤维/聚乳酸复合材料结晶、物理和力学性能的影响,为提高聚乳酸复合材料的加工和使用性能提供依据。【方法】采用热压成型方式制备纯聚乳酸板材和杨木纤维(WF)/聚乳酸(PLA)复合材料,在冷却过程中将材料置于不同温度(90、100、110、120和130℃)下进行等温结晶处理,通过示差扫描量热仪(DSC)分析PLA及其复合材料的结晶度和熔融特性,利用偏光显微镜(POM)观察等温结晶处理条件下PLA的结晶过程,结合结晶形态分析等温结晶处理对PLA结晶性能的影响。基于扫描电镜(SEM)和凝胶色谱仪(GPC)等测试手段表征材料的微观结构和分子质量,分析其对材料物理力学性能的影响。【结果】等温结晶处理后,纯PLA板和WF/PLA复合材料的结晶度分别由4.6%和15.1%提高至24.8%和40.5%;经90、100和110℃等温结晶处理后,WF/PLA复合材料的冲击断面与未处理WF/PLA复合材料相比,明显有长纤维从PLA基体中拔出,等温结晶处理弱化了WF与PLA界面结合;等温结晶处理后,PLA分子质量有所下降;POM测试显示,晶体尺寸随着结晶温度升高而增大;与未处理材对比,等温结晶处理后纯PLA板的弯曲性能和拉伸强度均得到提高,WF/PLA复合材料的弯曲弹性模量增加,但弯曲强度和拉伸强度在多数处理条件下都有所降低。【结论】等温结晶处理后,纯PLA板和WF/PLA复合材料的结晶度均提高,且木纤维促进晶核生成,WF/PLA复合材料的结晶度增加更多;等温结晶温度低,晶体尺寸变小,等温结晶温度高,晶体尺寸变大;等温结晶处理后,纯PLA板的抗弯强度和拉伸强度得到提高,WF/PLA复合材料的力学性能变化规律不明显。等温结晶处理对纯PLA板和WF/PLA复合材料力学性能影响不同,可能与等温结晶处理后弱化WF与PLA界面结合有关。     

聚丙烯酸酯微球的制备及其增韧聚乳酸的研究

采用预乳化-半连续种子乳液聚合法,以丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)为主要单体(核层单体BA与MMA的质量比为9∶1;壳层单体BA与MMA的质量比为1∶9)合成了不同核层交联程度的聚丙烯酸酯微球(ACR),将其干燥后对聚乳酸(PLA)改性。研究了核壳型ACR的添加量及其核层交联程度对PLA力学性能的影响。结果表明,PLA的抗冲击强度随着ACR添加量的增加而增大,添加量为10%时增韧效果最好,抗冲击强度是纯的PLA的1.5倍,断裂伸长率由2%提高到11%,拉伸强度下降不大;随着核层交联剂用量的增加,PLA/ACR共混物的拉伸强度较纯的PLA下降很小,抗冲击强度明显升高,当核层交联剂添加量为4%时增韧效果最好,共混物的抗冲击强度是纯的PLA的3倍,拉伸强度仅下降了7%。     

稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料的研究

以稻秸(Oryza sativa L.)纤维纸浆为原料,利用高压超声波震荡使纸浆纤维纤丝化,制得稻秸微/纳米纤丝,并将其作为增强材料填充到聚丙烯基体中制备丁稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料,研究了稻秸微/纳米纤丝以及改性剂(马来酸酐接枝聚丙烯)的不同添加最对于复合材料拉伸性能的影响.结果表明:稻秸微/纳米纤丝的添加量为5%时,复合材料的拉伸强度最大,为31.71MPa.拉伸模量随稻秸微/纳米纤丝添加量的增加而逐渐增加,当添加量为8%时达最大值.拉伸断裂伸长率则随添加量增加而减小.改性剂的添加量对于聚丙烯基体及稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料的拉伸强度和拉伸断裂伸长率无显著的影响.在改性剂添加量为4%时,聚丙烯基体及稻秸微/纳米纤丝增强聚丙烯纳米复合材料的拉伸模最均达到最大值.     

聚氨酯/木质素-丙烯酸酯复合乳液研究

合成了木质素-丙烯酸酯乳液;将该乳液与水性聚氨酯乳液复配得聚氨酯/木质素-丙烯酸酯复合乳液.比较了聚氨酯乳液、丙烯酸酯乳液、聚氨酯与丙烯酸酯共混乳液、木质素-丙烯酸酯乳液及聚氨酯/木质素-丙烯酸酯复合乳液的粒径及各乳胶膜的力学性能、热稳定性及耐水、耐溶剂性.结果表明:木质素-丙烯酸酯乳液与聚氨酯乳液的复合对粒径影响并不显著,复合提高了聚氨酯乳胶膜的耐水性和热稳定性,但其耐溶剂甲苯性、拉伸强度和断裂伸长率有所下降.     

竹/木纤维配比对竹/木/聚丙烯纤维复合材料性能的影响

在聚丙烯纤维比例为50%的条件下,采用不同竹/木纤维配比制备竹/木/聚丙烯纤维复合材料,考察竹纤维用量对复合材料物理力学性能和微观形貌的影响。结果显示:随着竹纤维用量增加和木纤维用量减少,复合材料的耐水性能增强,力学性能则呈先升后降的趋势,竹纤维用量为25%时力学性能达到最大;试验确定优化竹/木纤维配比为m(竹)∶m(木)=25∶25,复合材料的性能满足TL 52448-1998《天然纤维成型材料热塑性增强材料要求》的要求。     

聚乙二醇对表面改性CNF/PLA复合材料性能的影响

目前,溶液浇铸法制备纳米纤维素/聚乳酸复合材料,常将纳米纤维素直接加入聚乳酸,导致制备的复合材料各项机械性能普遍降低。为了改善其机械性能,笔者采用聚乙二醇2000作为塑化剂处理纳米纤维素,制备聚乳酸/纳米纤维素/聚乙二醇三相复合材料。通过对复合材料的微观形貌观测,力学性能分析和热稳定性分析来确定聚乙二醇的影响机制。试验结果表明,添加2%～4%聚乙二醇2000的三相复合材料的拉伸强度、撕裂强度与断裂伸长率得到了提高,材料的热稳定性相对纯聚乳酸发生了下降。而随着聚乙二醇含量逐渐增加至8%,材料的拉伸强度、撕裂强度与断裂伸长率都出现了降低,而其热稳定性回升,复合材料的玻璃化转化温度(TG)大约提升了5～6℃。同时,研究发现保持一定的聚乙二醇/纳米纤维素添加比例可获得分散均匀、性能优良的复合材料,团聚现象明显减少。综上,经过一定量的聚乙二醇2000表面改性可促进纳米纤维素在聚乳酸中的均匀分散,从而增强复合材料的综合机械性能。     

竹炭粉/丁苯橡胶/超高分子量聚乙烯柔性复合材料的制备与性能表征（英文）

以干混和挤出法制备竹炭粉/丁苯橡胶/超高分子量聚乙烯复合材料,研究丁苯橡胶和超高分子量聚乙烯的含量比例对复合材料形貌、拉伸和动态力学性能的影响。观察发现添加丁苯橡胶后复合材料表面光滑,且具有一定的韧性。通过扫描电镜分析发现竹炭粉与丁苯橡胶在没有添加任何助剂的情况下与基体树脂混合良好,形成良好的分散状态。在丁苯橡胶和超高分子量聚乙烯含量分别为10%和30%的时候,复合材料的断裂伸长率从26.29%增加到39.57%,比不添加橡胶最终提高了50.51%。动态力学分析发现,复合材料的存储模量随着超高分子量聚乙烯含量的增加和丁苯橡胶含量的减少而增大,最大可达到17.17 GPa。而在60%竹炭粉/10%丁苯橡胶/30%超高分子量聚乙烯的质量配比下可以得到相对高强高韧的材料,此时复合材料的拉伸强度为91.45 MPa,断裂伸长率为39.57%。这种柔性复合材料为超高分子量聚乙烯拓宽了应用领域。     

木粉/聚乳酸3D打印线材的制备与性能分析

以木粉和聚乳酸为主体原料,硅烷类 KH560 等为偶联剂,PE 蜡 + 硬脂酸锌、甘油为润滑剂, 制备出木粉 / 聚乳酸 3D 打印用线材。对不同组合条件下制备出的线材其微观构造、热稳定性、官能团变 化以及拉伸强度进行了分析。结果表明,木粉粒径为 80-100 目时较为合适,铝钛酸酯 α（AlTi-α）型 对木粉表面改性效果较好,甘油对二者界面相容性的效果好于 PE 蜡 + 硬脂酸锌。木粉含量为 20%、PLA 含量为 75%、铝钛酸酯 α 型加入量为 1.5%,甘油加入量为 3.5% 时制备出来的线材,拉伸强度可达到 18.97 MPa。木粉 / 聚乳酸 3D 打印线材可生物降解,性能可控,具有广阔的应用前景。     

竹粉粒径对竹粉/PHBV生物复合材料性能的影响

以生物基可降解塑料聚β-羟基丁酸戊酸酯(PHBV)、竹粉(BF)为原料,马来酸酐(MA)为偶联剂、氮化硼(BN)为成核剂,通过共混挤出、注塑成型工艺制得竹粉/PHBV生物复合材料,研究了不同粒径竹粉(40、60、80、100目)对竹粉/PHBV生物复合材料性能(力学性能、热变形温度)的影响。结果表明,随着竹粉粒径从40目增加到100目,复合材料的拉伸模量、拉伸强度、弯曲模量、弯曲强度、缺口冲击强度、热变形温度呈逐渐减小的趋势;断裂伸长率和无缺口冲击强度呈逐渐提高的趋势。竹粉/PHBV复合材料断面电镜扫描发现,随着竹粉目数的增加,竹粉在PHBV基体中的形态差异较大,40目竹粉表面粗糙度较大,有些较大的竹粉分裂出若干纤维束,与PHBV界面形成了较强的机械互锁。     

热塑性橡实淀粉的制备和性能研究

采用熔融挤出法制备了热塑性橡实淀粉(TPAS)。通过对材料的拉伸测试、吸水性、吸湿性、X射线衍射、扫描电镜(SEM)、动态机械热(DMA)和热重分析(TGA)等,研究了乙二醇、丙三醇、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺5种不同增塑剂对材料的力学性能、吸水性能、热性能影响。研究表明:TPAS材料具有较强的吸水性和吸湿性。TPAS材料的力学性能因增塑剂种类和含量的不同以及吸湿性的不同而存在较大差异。SEM和XRD分析表明:此5种增塑剂可以较好地使橡实淀粉塑化,橡实淀粉由颗粒状结构变成均一的连续相结构,增塑剂的加入使原淀粉的结晶结构完全转变。DMA和TGA研究结果表明:不同增塑体系对于TPAS的增塑效果和热稳定性影响不大。     

竹原长纤维制备及其增强聚丙烯复合材料研究

为开发适用于汽车内饰件的竹纤维增强复合材料,以福建省资源丰富的绿竹和聚丙烯膜(PP)为原料,通过分析碱液预处理工艺对竹片得率、竹纤维得率和白度等的影响,优化预处理工艺,制备生产效率高、长径比大的竹原长纤维(LBF);进一步研究热压工艺参数和LBF添加量对LBF/PP复合材料物理力学性能的影响,确定较佳的热压工艺和原料配方。实验结果表明:在处理温度100℃条件下,采用10%(质量分数)氢氧化钠、处理时间180 min的工艺预处理制得的LBF较竹片中的纤维素含量增加,木素含量下降,结晶度增大;LBF纤维平均长度为25.79 mm,长径比为173.02∶1.00,拉伸强度和拉伸模量分别为584.85 MPa和45.41 GPa。热压温度190℃、热压压力8 MPa、热压时间20 min、LBF质量分数为50%时,LBF/PP复合材料力学性能和耐水性能较佳,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度分别达到31.55 MPa、46.11 MPa、2 833.80 MPa和28.55 kJ/m~2,24 h的吸水率和厚度膨胀率分别为14.19%和8.11%,可应用于硬质仪表板、杂物箱等汽车内饰件。扫描电镜结果显示,纤维表面粗糙,热压过程使熔融状态的PP渗透到LBF表面的孔隙,形成较好的物理机械结合。     

聚氨酯预聚体改性聚乳酸/木粉复合材料的制备及表征

通过共混挤出法制备聚氨酯预聚体(PUP)改性的聚乳酸/木粉(PLA/WF)复合材料,并对复合材料进行力学性能测试、动态热机械分析、接触角测量以及断面扫描电镜分析。力学性能分析表明:当PUP用量(以PLA和WF的质量计)为20%时,复合材料断裂弯曲应变和冲击强度分别为5.78%和18.3 k J/m2,较未改性的复合材料分别提高了209%和123%,PUP显示出较好的增韧效果。动态热机械分析表明:随着PUP用量的增加,复合材料中PUP相和PLA相的玻璃化转变温度均有所下降,并且储能模量显著降低,材料韧性得到改善。PUP的加入可显著提高复合材料对水的接触角,材料疏水性能得到改善。当PUP用量为25%时,接触角达83.7°,较未增韧复合材料接触角(66.6°)提高25.7%。拉伸断面的扫描电镜分析表明:添加PUP的复合材料断面有更多的木粉被拉出且空穴变多,断面更为不平整,呈现韧性断裂的特征。     

纳米级蒙脱土对竹/塑复合材料性能的影响

为了改善竹/塑复合材料的性能,在竹粉、高密度聚乙烯复合材料的制备中,加入纳米级蒙脱土(NMMT)。试验结果显示,随着NMMT添加量的增加,竹/塑复合材料试样的吸湿率、吸水率均逐渐降低;静曲强度、弹性模量、拉伸强度和冲击性能,均呈现出先增强、后降低的趋势;复合材料的热稳定性亦得到改善。     

豆油基聚酯塑化聚氯乙烯的热性能和迁移性能研究

使用大豆油经醇解、酯化和缩合反应制备了豆油基聚酯,采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)对该豆油聚酯产品的化学结构进行了表征,将其与邻苯二甲酸二辛酯复配使用增塑聚氯乙烯(PVC),经热塑共混成型制备塑化PVC共混物,对共混物的热性能、耐迁移性能和力学性能进行了测定。研究发现:该豆油基聚酯的相对分子质量为3 541、黏度2.7 Pa·s、酸值1.02 mg/g。聚酯产品可将PVC共混物的热分解温度提高到256.1℃,拉伸强度和断裂伸长率分别达到6.5 MPa和230.3%;豆油基聚酯复配DOP塑化PVC,可将增塑剂在蒸馏水、乙酸溶液、乙醇溶液、石油醚和橄榄油的迁移率分别降低到0.18%,0.22%,0.28%,0.83%和0.34%;聚酯增塑剂优异的耐迁移性能可使聚氯乙烯制品的力学性能和热性能等长期稳定,也可降低由于增塑剂迁移到人体所带来的潜在危害。     

Effect of chemical modification on the properties of wood/polypropylene composites

对以铝酸酯为偶联剂对木粉进行表面改性处理后制备的木粉/聚丙烯复合材料的力学性能和形态学特征进行了研究。结果表明:铝酸酯偶联剂可以增加木塑复合材料的抗冲击强度,但会对复合材料的抗拉强度和抗弯强度造成负面的影响。对木塑复合材料的动态力学性能和微分扫描热量分析研究表明,以铝酸酯作为偶联剂,对木塑复合材料的储存模量和损失模量有少许增加,同时可降低材料的熔点和熔解热。利用扫描电镜观察木塑复合材料的木材与塑料界面发现,经铝酸酯处理过的木材与聚丙烯复合界面之间具有更好的相容性。这些研究结果表明,在木塑复合材料制造过程中利用廉价的铝酸酯作为木材化学改性剂,对改善复合材料的性质同样起作良好的作用。图6 表2 参16。     

大豆油脂肪酸多酯的制备及其对PVC增塑性能研究

以大豆油为起始原料,经过环氧化、酯交换等反应制得环氧大豆油脂肪酸甲酯(ESAO);然后,ESAO、醋酸和醋酸酐"一锅法"反应制备出大豆油脂肪酸多酯(SF-PE)。GC分析表明:ESAO中的甲酯大于96%;IR、~1H NMR和~(13)C NMR等分析手段对产物结构表征,证明了SF-PE被成功合成;TG分析表明SF-PE的热稳定性能要优于ESAO。对比分析了以SF-PE、ESAO、环氧大豆油(ESO)和市售环氧脂肪酸甲酯(EFAM)作为增塑剂制备PVC制品的机械性能、动态机械性能和热稳定性,用树脂量50%的SF-PE增塑PVC样品的拉伸强度为19 MPa,邵氏硬度为90.2,综合机械性能优于其他3种增塑剂,玻璃化转变温度(T_g)为26.4℃;SF-PE增塑PVC样品的耐低温性能优于ESO;热稳定性与ESAO相当,要优于EFAM,但是不及ESO。     

层状α-磷酸锆的有机改性及其与聚乳酸复合材料研究

通过对层状α-磷酸锆进行二次改性,制备具有力学性能改善的聚乳酸复合材料。首先合成一种新型阳离子插层剂十一烷醇三甲基溴化铵(UHTB),并将其用于层状化合物α-磷酸锆(α-ZrP)的改性,制备得到UHTB与α-ZrP杂化物(UHTB-ZrP),然后,利用丙交酯原位聚合对UHTB-ZrP进行表面接枝改性,得到二次改性层状α-MZrP,进而采用溶液浇铸法制备聚乳酸/有机改性α-磷酸锆复合材料(PLA/MZrP)。分别用红外光谱分析仪、激光粒度仪、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、旋转流变仪和热重分析仪等对层状α-ZrP的插层过程、微观结构以及PLA/MZrP复合材料的流变性能和热稳定性等进行表征与分析。结果表明:经过一次改性可获得层间距达到1.40 nm的UHTB-ZrP,经两步改性可获得层间距达3.80 nm的MZrP,这种纳米片层能均匀分散在PLA基体中形成纳米复合结构,并使其力学性能、加工性能和热稳定性得到改善。当添加质量分数为1%的MZrP时,PLA/MZrP复合材料的拉伸强度从31.3 MPa提高到53.5 MPa,比纯PLA提高了70.9%,而复数黏度则随着MZrP含量的增加而显著降低。当添加质量分数为3%的MZrP时,在170℃10 Hz时其复数黏度从968.1 Pa·s降低到78.7 Pa·s,比纯PLA降低了91.9%。此外,添加少量的MZrP后,PLA/MZrP复合材料的热稳定性也得到一定的改善。