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。     

适量木炭粉改善环氧树脂复合材料热/力学性能

为了充分利用木材炭化物,扩大其在复合材料等方面的应用范围,该文采用炭化后的木粉(木炭粉)和环氧树脂,通过模压工艺制备了木炭/环氧树脂复合材料。借助扫描电镜、万能材料试验机、动态热机械分析仪和维卡软化点测量仪等研究木炭粉质量分数对木炭/环氧树脂复合材料弯曲性能、冲击强度、动态力学性能以及耐热性的影响。在环氧树脂中,环氧树脂、反应性稀释剂和固化剂质量比为3∶2∶5;在木炭/环氧树脂复合材料中,木炭粉质量分数分别为0,5%,10%,20%,30%和40%。复合材料固化温度和时间分别设定为100℃和3 h。结果表明,添加木炭粉能有效增强环氧树脂力学性能:与纯环氧树脂相比,弯曲强度和冲击强度最高增加了278%和135%。动态力学性能结果证实随着木炭粉质量分数的增加,复合材料的储能模量和玻璃化转变温度(Tg)也逐渐增加。此外当木炭粉质量分数从0增加到40%时,复合材料的耐热性逐渐提高;维卡软化点从81.2℃提高到274℃。研究结果为,当木炭粉质量分数在10%时,环氧树脂/木炭复合材料具有较佳的力学性能和较好的耐热性能,为木炭在复合材料领域中的应用提供有益的借鉴。     

KH-550含量对茶梗粉/HDPE性能的影响

为探明硅烷偶联剂KH-550对茶梗粉/HDPE复合材料相容性与分散性的改善效果,用国家标准方法和HAAKE MARSⅢ旋转流变仪对复合材料的力学性能与流变性能进行了研究。结果表明,KH-550含量为1.8%时,复合材料的力学性能与耐水性能较好;相同应变条件下,复合材料的储存模量和损耗模量均随KH-550的增加而降低,当KH-550含量为1.8%时,复合材料的储存模量和损耗模量均达到最小值;相同温度和频率条件下,复合材料的储存模量随KH-550的增加而减小,且均在KH-550含量为1.8%时达到最小值。KH-550含量为1.8%时,复合材料的力学性能、耐水性能、界面相容性以及分散性等综合性能较好。     

紫外线光固化竹粉/丙烯酸酯复合材料的性能

为提高木塑复合材料制备效率、节约能源,丰富和完善木塑复合材料的制备技术,通过紫外线光(UV)固化技术制备竹粉/丙烯酸酯复合材料,并研究了竹粉含量对竹粉/丙烯酸酯复合材料动态力学性能、弯曲性能、吸水率的影响。结果表明,竹粉与丙烯酸酯能较好地生成交联网络结构,改善竹粉/丙烯酸酯复合材料的物理性能,其弯曲性能随着竹粉含量增加而增强,并在竹粉含量20%时达到最大值,之后逐渐变弱。竹粉/丙烯酸酯复合材料的储能模量随竹粉含量增加而增加,但竹粉含量超过20%时其储能模量开始下降;竹粉的加入导致竹粉/丙烯酸酯复合材料的玻璃化转变温度(Tg)从84℃提高到105℃。竹粉/丙烯酸酯复合材料具有良好的耐水性,经沸水浸泡后,其吸水率变化不大。当竹粉含量为20%时,竹粉/丙烯酸酯复合材料具有较佳的物理性能:弯曲强度39.4 MPa,弯曲模量2 800 MPa,吸水率5.95%。     

茶粉粒径对茶塑复合体系流变性能的影响

为探明茶粉粒径大小对茶粉/高密度聚乙烯树脂(HDPE)复合体系性能的影响,对复合体系的力学性能进行了表征;通过应变、温度和频率扫描3种方法,测试了复合体系的储存模量(G')和损耗模量(G″)随应变、温度和频率的变化.结果表明,G'和G″均随应变的增大先不变后大幅度下降,G'随温度的增大而降低,G'随频率的增大而增大.应变相同时,复合体系的G'和G″均随茶粉目数的增大而降低;温度和频率相同时,G'均随茶粉目数的增大而降低.结论:茶粉目数为100目时,复合体系的力学性能和耐水性能较好,也更有利于茶粉粒子在基体中的均匀分散;茶粉目数对复合体系线性黏弹区域的范围几乎没有影响.     

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。     

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。     

含氟水性聚氨酯的合成及其性能研究

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己内酯二元醇(PCL)、2,2-二羟甲基丙酸 (DMPA)、1,4-丁二醇(BDO)为原料合成聚酯型水性聚氨酯。通过氟单体（甲基丙烯酸十二氟庚酯(MBFA-12)）的引入,制备具有互穿网络结构的含氟水性聚氨酯(WPU-F)。研究了MBFA-12含量对WPU-F涂膜的乳液粒径、粘度、耐水性能、硬度、附着力以及耐磨性能的影响。结果表明,氟单体MBFA-12的加入,明显提高了涂膜的耐水性能。当氟单体含量为40%时,涂膜的接触角从未改性的60.5°提高到113.0°,吸水率也从未改性的60.20%降低至1.54%。但由于在反应过程中MBFA-12本身容易自聚产生一些低聚物,对WPU涂膜的硬度和耐磨性能产生不良的影响。     

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。     

增韧剂对竹塑复合材料性能的影响

为研究聚烯烃弹性体(POE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、苯乙烯系热塑性弹性体(SBS)3种增韧剂对竹粉/高密度聚乙烯复合材料的增韧机理,制备韧性较好的竹粉/高密度聚乙烯复合材料;分别加入不同质量分数的POE、EPDM、SBS制成竹粉/高密度聚乙烯复合材料试样,并对其进行力学性能和流变性能测试。力学性能测试结果表明:随着3种增韧剂质量分数的增加,复合材料的冲击强度均明显增大,拉伸强度和弯曲强度均减小。当POE、EPDM质量分数为30%,SBS质量分数为40%时,复合材料的冲击强度最好;流变性能测试结果表明,低频区复合材料的储能模量和损耗模量总体随着增韧剂质量分数的增加而增大,说明随着增韧剂质量分数的增加,复合材料的黏弹性增强。