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。     

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。     

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。     

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/高密度聚乙烯复合材料动态流变特性

为了了解木塑复合材料的动态流变特性,从而更好地提高产品的生产效率以及揭示界面复合机理,该文以竹粉/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料为研究对象,分别考察了铝钛偶联剂、硬脂酸钙润滑剂对复合材料流变特性的影响。利用密炼机对高密度聚乙烯与竹粉进行密炼混合,在此过程中根据情况添加适量的偶联剂或润滑剂,得到的复合块状材料经冷却破碎后注塑成型,并对注塑试样进行了系列动态流变测试,包括应变扫描、频率扫描,对比了2种温度下的应变扫描下的流变行为。应变扫描结果表明,添加助剂的复合体系比单纯竹粉/HDPE体系在更大的应变范围内属于线性弹性行为,通过低频区域的模量与频率关系的斜率分析表明,添加偶联剂和润滑剂有助于促进竹粉在塑料基体中的均匀分散,动态黏度与损耗黏度之间的关系揭示了偶联剂以及润滑剂均在一定程度上促进了竹粉与聚乙烯塑料之间的界面结合,为木塑复合材料生产过程助剂的使用提供了一定的理论参考依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

笋壳/淀粉复合发泡材料的制备与特性

为了降低笋壳的环境污染,以笋壳、玉米淀粉为原料,烘焙发泡制备笋壳/淀粉复合发泡材料。应用响应面方法优化发泡工艺条件,采用傅里叶红外光谱仪、扫描电镜等对发泡材料进行结构表征与性能分析。结果显示,NaOH溶液质量分数、偶氮二异丁腈和Na2B4O7·10H2O的用量对发泡体密度的交互影响明显;当笋壳粉5g,淀粉2.5g,发泡温度66℃,发泡时间10h时,最佳工艺条件为:NaOH溶液质量分数9.8%,偶氮二异丁腈1.4g和Na2B4O7·10H2O0.26g,在此条件下,发泡材料泡孔壁较薄,泡孔细密,大小较均匀,大多呈现圆形或近似于圆形;笋壳纤维与淀粉间除了氢键作用外,还通过Na2B4O7·10H2O发生了配位交联反应。研究结果对于改善淀粉发泡材料的性能有参考价值,同时也为竹产业资源综合利用开拓了新的途径。     

薄壁方型钢管/竹胶板组合空芯柱轴心抗压性能

研究方形薄壁型钢管/多层竹胶板组合空芯柱(Square,thin-walled steel tube/multi-layered bamboo plywood composite hollow column,SBCC)的轴心抗压性能,揭示其受力破坏机理,为其工程应用提供试验和理论基础。考虑试件的截面尺寸、空心率及长细比对SBCC抗压承载力的影响,设计制作了15根轴心抗压试件,通过SBCC的抗压性能测试,考察测试过程中的破坏形态和变形特征,分析各因素对试件轴心抗压力学性能的影响规律。试验结果表明:SBCC轴心抗压失效主要有竹胶合板材料破坏、基体胶结面开胶破坏以及整体失稳破坏3种形态,总体上胶结面间的胶粘强度及长细比是决定破坏模式的主要因素。SBCC的轴心抗压承载力随组合柱竹净截面面积、空心率的增大而显著提高,随长细比的增大而降低。通过试验数据的非线性回归分析,建立了SBCC的轴心抗压承载力计算公式,公式估算结果与试验测试结果的误差在20%以内。该研究结果表明SBCC是一种轴心抗压性能较优异的钢/竹组合结构单元,可实现"以竹代木",作为工程结构用材的应用前景广阔。     

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。