蒸汽爆破对芦苇纤维及其木塑复合材料性能的影响

【目的】为了解决湖泊和湿地芦苇无人采收造成资源浪费和二次污染的问题,探究蒸汽爆破后芦苇纤维形态、结构和化学组分的变化,并研究了蒸汽爆破处理及芦苇纤维含量对木塑复合材料性能的影响。【方法】采用蒸汽爆破方法对芦苇进行处理,测定了纤维理化指标; 以高密度聚乙烯(HDPE)为塑料基体添加合适的助剂,采用双螺旋挤压法制备芦苇/HDPE木塑复合材料并测定其力学性能。【结果】与未经爆破处理的芦苇原材料相比,1.2 MPa和1.5 MPa蒸汽爆破处理的芦苇纤维素含量分别提高了19.2%和18.1%, 酸不溶木素分别减少了5.5%和1.0%,综纤维素分别降低了6.1%和12.7%,半纤维素大量降解,可溶性糖含量分别增加了4.51%和7.64%。1.2 MPa蒸汽爆破处理极显著增加了细纤维含量,可以改善纤维质量。同时,蒸汽爆破处理的芦苇/HDPE复合材料的拉伸强度和弯曲强度最大,较未爆破处理的分别提高了22.3%和32.6%,达到国标(GB/T 24137—2009)要求; 纤维质量分数为50%、55%和60%时的芦苇/HDPE木塑复合材料性能均达到国家标准。【结论】利用蒸汽爆破处理芦苇纤维生产木塑复合材料是一种高价值的新型芦苇资源化利用途径。     

改性石膏晶须对HDPE复合材料力学性能的影响

将改性磷石膏晶须与高密度聚乙烯(High density polyethylene,HDPE)进行共混,通过注塑成型技术制备HDPE/磷石膏晶须复合材料,采用傅立叶转换红外光谱(FI-IR)、扫描电镜(SEM)、热分析(DSC)等技术,分析改性磷石膏晶须对HDPE复合材料力学性能的影响。结果表明:改性后HDPE/磷石膏晶须复合材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别为44.33 k J/m2、25.54 MPa和473.5 MPa,与纯HDPE相比,相应提高了31.5%、6.64%和25.15%;与未改性HDPE/磷石膏晶须复合材料相比,冲击强度提高69.13%,拉伸强度与弯曲强度分别降低1.28%和9.65%。故改性后HDPE/磷石膏晶须的综合性能较好。     

木粉/HDPE复合材料的力学性能与流动性能

用木粉与高密度聚乙烯(HDPE)复合制备了能代替木材的复合材料。考察了木粉含量、粒度、界面相容剂用量对复合材料力学性能、流动性的影响。结果表明,复合材料的弯曲强度随木粉含量的增加而提高,冲击强度随木粉含量的增加而下降;弯曲强度随木粉粒度减小显著降低,而冲击强度先有所升高而后降低;界面相容剂能有效改善材料的性能,其较佳用量约为5%(质量分数).     

氨气冷等离子体预处理聚磷酸铵对稻秸/HDPE复合材料性能的影响

为提升聚磷酸铵(ammonium polyphosphate, APP)在稻秸/HDPE(高密度聚乙烯)复合材料中的相容性,采用氨气冷等离子体对APP进行预处理,研究处理功率(100、200、300 W)和处理时间(1、2、3 min)对稻秸/HDPE复合材料阻燃性能和力学性能的影响。极限氧指数(limited oxygen index, LOI)测试结果表明,APP经过氨气冷等离子体预处理后,稻秸/HDPE复合材料的LOI均高于未处理试样; 当处理功率100 W、处理时间3 min时,LOI达到最大,为30.5%,较未处理时增加了10.9%。力学性能测试与双因素方差分析表明,氨气冷等离子体预处理APP对稻秸/HDPE复合材料的拉伸性能和冲击性能影响不显著,处理功率对稻秸/HDPE复合材料的弯曲强度影响显著。     

聚苯酯对Ekonol/POM复合材料力学性能的影响

用转矩流变仪共混-模压成型方法制备了Ekonol / POM复合材料,在对复合材料的力学性能(含拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、压缩强度和断裂强度)以及显微硬度进行测试的基础上,考察了聚苯酯的含量对于复合材料力学性能的影响.结果表明, Ekonol的最佳含量为20%(质量分数),此时,复合材料的压缩强度比POM提高42.4%,显微硬度提高24.7%.而其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和断裂强度有所降低,但并不妨碍其作为结构零件使用.     

碳纤维增强木粉／聚乙烯复合材料的制备及其力学性能

将短切碳纤维(SCF)与木粉(WF)、高密度聚乙烯(HDPE)塑料和其他添加剂共混、熔融复合后,用模压成型方法制备了短切碳纤维增强木塑(SCF/WF/HDPE)复合材料;将碳布放置于木塑板上下表面,经模压成型制备碳纤维布增强木塑(CFC/WF/HDPE)复合材料。研究了碳纤维用量对碳纤维增强WF/HDPE复合材力学性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)对碳纤维进行表征。结果表明:与纯WF/HDPE复合材相比,碳纤维加入量为10%时,复合材料的力学强度提高幅度最大,拉伸强度和弯曲强度分别提高了8.4%和10.6%;当碳纤维加入量为6%时,复合材料的韧性提高幅度最大,断裂伸长率提高了25.9%,冲击强度提高了24.4%。使用丙酮清洗掉碳纤维表面的上浆剂后,其增强效果比未经过处理的碳纤维略有下降。与短切碳纤维相比,碳布的增强效果更好,与短切碳纤维增强木塑(SCF/WF/HDPE)复合材料相比,碳布平铺在木塑板表面的结构拉伸性能可提高62%,断裂伸长率提高148%,弯曲强度提高71%,冲击强度提高313%。     

偶联剂对HDPE基竹塑复合材料性能的影响

以高密度聚乙烯(HDPE)、竹粉(BF)为原料,马来酸酐接枝聚丙烯(MAH-g-PP)作为偶联剂,通过混炼、平板热压成型制备竹粉/HDPE复合材料,研究了马来酸酐接枝聚丙烯添加量(0、2%、5%、8%)对竹粉/HDPE复合材料吸湿性、吸水性、弯曲强度、拉伸强度以及抗冲击强度等性能的影响。结果表明:MAH-g-PP能显著改善竹粉/HDPE复合材料的吸湿、吸水性能,明显提高复合材料的力学性能; 当MAH-g-PP添加量为5%时,复合材料的吸湿、吸水率最低,静曲强度与弹性模量分别提高68%和30.4%,拉伸强度与抗冲击强度分别增长53.7%和75%; 而当MAH-g-PP添加量为8%时,复合材料的力学性能在一定程度上有所降低。红外光谱(FTIR)分析显示,添加MAH-g-PP后竹粉的游离羟基与马来酸酐之间发生了酯化反应。     

PF/PBS/PLA可降解复合材料性能研究

将植物纤维(如玉米秸秆)经相应工序处理后获得所需的植物纤维材料PF,利于微生物降解并提高与其它物料的相溶性能.以锆类偶联剂为改性剂对PF进行改性,以模压成型工艺制备PBS/PLA/PF复合材料(MC).当PBS/PLA质量比为1∶1,PF在全部复合材料中的比例为0~45%时,复合材料MC的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度和硬度均逐步上升并达到最大值,随后下降;偶联剂为PF重量的0.5%时,复合材料的各项性能指标分别达到最大值;植物纤维自身的含水率对复合材料的力学性能也有较大影响.     

碳纤维毡增强聚丙烯复合材料的力学性能

将长碳纤维开松针刺成毡,并通过双钢带压机制备了碳纤维毡增强聚丙烯复合材料(CFRPP),考察了碳纤维长度、含量、纤维毡的针刺及针刺类型、基体改性等因素对复合材料力学性能的影响,并对复合材料断面进行了扫描电镜观察以分析CFRPP界面结合情况。结果表明:实验范围内的纤维长度对碳纤维增强复合材料的力学性能基本没有影响;复合材料综合力学性能最佳的碳纤维质量分数约为30%;碳纤维毡经三角形针针刺后复合材料的拉伸性能得到较大幅度提高;相容剂马来酸酐接枝聚丙烯(MPP)能够改善碳纤维与聚丙烯的界面结合,提高复合材料的力学性能,其最适宜的相容剂MPP的质量分数约为20%;将长度为80mm的碳纤维用三角针刺成毡后,以MPP改性的聚丙烯(wMPP=20%)浸渍制备得到碳纤维质量分数为30%的复合材料,拉伸强度为203.3 MPa,拉伸模量达16.6GPa,弯曲强度为223.2 MPa,弯曲模量达到12.0GPa,缺口冲击强度为752.2J/m。     

无机纳米粒子对木粉/高密度聚乙烯木塑复合材料热学及力学性能的影响

为了探讨3种无机纳米粒子(纳米碳酸钙(NPCC)、纳米蒙脱土(NMMT)和纳米氧化铝(NAL))对木粉/高密度聚乙烯(HDPE)木塑复合材料热学性能和力学性能的影响,采用模压成型方法制备木粉/HDPE木塑复合材料,利用综合热分析仪和热膨胀系数仪分析了木塑复合材料的热学性能,并测定了其力学性能.结果表明,3种无机纳米粒子对木粉/HDPE木塑复合材料的热学性能和力学性能均有一定影响.其中:添加NPCC可使木粉/HDPE木塑复合材料的线性热膨胀系数降低38.95%,并具有较好的热稳定性,从而在受热过程中的起始热分解温度提高了2.8℃,600℃时的残重率提高了39.1%;同时,添加NPCC的木粉/HDPE木塑复合材料力学性能提高的幅度最大,其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了32.86%、11.05%和35.32%.     

碱性钙基膨润土协同卤锑阻燃HDPE的研究

【目的】解决卤锑阻燃高密度聚乙烯(HDPE)复合材料燃烧时发烟量大、熔融滴落严重等问题。【方法】采用自制的碱性钙基膨润土(Ca-MMT)与卤锑阻燃剂复配阻燃HDPE,通过极限氧指数(LOI)、水平燃烧等级、力学性能和热稳定性等测试,研究Ca-MMT和卤锑阻燃剂对HDPE的协同阻燃效应。【结果】HDPE/DBDPE/Sb2O3/Ca-MMT复合材料的LOI由纯HDPE的19.60%提高至32.77%,水平燃烧等级由HB75级提高至HB级,且燃烧时不产生熔滴,具有良好的成炭效应;拉伸强度由13.35MPa提高至23.33MPa,力学性能良好;失重率由纯HDPE的96.17%降至86.50%,热稳定性明显提高。碱性钙基膨润土的最佳添加量为4%。【结论】自制的Ca-MMT与卤锑阻燃剂有较好的协同阻燃作用。     

引发剂对硅烷化杨木单板/聚乙烯薄膜 复合材料性能的影响

为分析引发剂对硅烷偶联剂的协同效应,以高密度聚乙烯(HDPE)薄膜为胶黏剂,乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)和引发剂过氧化二异丙苯(DCP)为杨木单板的改性剂,制备硅烷化杨木单板/HDPE薄膜复合材料。分别采用力学试验机、动态力学分析仪(DMA)和冷场发射扫描电子显微镜分析引发剂DCP用量(0、0.05%、0.10%、0.15%)对复合材料物理力学性能的影响。结果表明:在引发剂DCP的诱导下,硅烷化杨木单板与HDPE薄膜发生了化学交联反应,形成了优良的胶接结构,硅烷化杨木单板/HDPE薄膜复合材料的力学性能、耐水性能和耐高温破坏性能都显著增强。当引发剂DCP添加量达到0.15%时,复合材料的胶合强度、木破率、静曲强度和弹性模量值分别由1.02 MPa、2%、60.10 MPa、5 102 MPa增加至2.07 MPa、95%、77.20 MPa、6 822 MPa; 吸水率和吸水厚度膨胀率分别由77.80%和5.79%降低至53.75%和4.09%。DMA结果显示,复合材料的耐高温破坏能力随DCP添加量的增加而改善,当DCP用量由0增至0.15%时,复合材料在130 ℃时的储能模量保留率由44.19%提高到88.34%,胶接界面层失效的温度点从147 ℃提高至197 ℃。     

CNTs／PS和CNTs／PEE的制备及性能

通过溶液共混制备了不同碳纳米管(CNTs)质量分数的CNTs/聚苯乙烯(PS)、CNTs/聚醚酯(PEE)复合材料,研究CNTs对复合材料导电性能、力学性能的影响.CNTs的加入可以使复合材料的导电性能得到明显提高,CNTs/PS体系的电导率大于CNTs/PEE体系的电导率.随着CNTs质量分数的增加,CNTs/PS复合材料的断裂强度先增大后减小,在CNTs质量分数为1%时达到最大值,但CNTs/PEE的断裂强度随CNTs质量分数的增加逐渐下降,扫描电镜(SEM)结果显示CNTs在PS中的分散性稍好于在PEE中的分散性.     

硼酸盐对阻燃PP复合材料性能的影响

采用熔融共混挤出法,制备了掺杂少量硬硼钙石(CB)或硼酸锌(ZB)的阻燃聚丙烯(PP)复合材料,研究了CB和ZB对填充蜜胺包覆聚磷酸铵(APP-102)、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)阻燃PP复合材料的燃烧性能、热稳定性、机械性能、熔融结晶性能的影响. 结果表明:少量CB或ZB(质量分数为2.0%)能有效提高阻燃PP复合材料的阻燃性能,极限氧指数(LOI)从25.7%分别提高到27.6%和27.7%,UL-49等级从V-2提升到V-0,热释放峰值(pHRR)和总放热量(HRR)有一定程度的降低; CB和ZB有效改善了阻燃PP复合材料的热稳定性,燃烧时硼元素在表面促进形成连续紧密的炭层; 少量CB或ZB的添加不仅没有劣化阻燃PP复合材料的机械性能,而且使拉伸模量、弯曲模量略有升高,同时提高了阻燃PP复合材料的结晶速率和结晶度. 因此,CB与ZB类似,可被应用于PP的协同阻燃工艺.     

冷结晶对杨木纤维/聚乳酸复合材料性能的影响

采用杨木纤维与聚乳酸(PLA)粉末共混压制成一种新型生物质复合材料,以不同升温方式对纯PLA板材及其复合材料进行冷结晶,并通过示差扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)、扫描电子显微镜(SEM)和万能力学试验机等对其进行测试和表征。结果表明:通过冷结晶方法,纯PLA板材和复合材料的结晶度分别由6%和18.3%提高到50%左右,两者的密度和冲击强度没有发生明显变化; 但是复合材料弯曲强度和模量分别下降了约30%和16%,纯PLA板的弯曲强度也有一定程度的下降。通过SEM对复合材料微观结构进行表征,发现力学强度的下降是由于结晶后的PLA基体与木纤维之间的界面相容性变差造成的。通过POM观察冷结晶过程,发现纯PLA板及其复合材料形成大量的微小晶体,导致两者的透明性下降,因此,调控晶体结晶度有望成为改变PLA材料透明性能的新方法。     

添加剂对高填充HDPE／Al（OH）3复合材料力学性能的影响

甲基硅油和聚氧化乙烯能明显提高高填充HDPE／Al(OH)3复合材料的缺口冲击强度和断裂伸长率；邻苯二甲酸二辛酯、癸二酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯等提高复合材料的缺口冲击强度，对断裂伸长率没有影响；聚乙烯蜡和环氧树脂降低了复合材料的缺口冲击强度，对断裂伸长率也没影响。用扫描电子显微镜初步探索了添加剂在高密度聚乙烯中的分散状况，并同HDPE／Al(OH)3／添加剂复合材料力学性能进行了关联。     

官能团化聚丙烯对Mg(OH)2/PP力学性能的影响

制备了加有官能团化聚丙烯 (FPP)、接枝单体和原位形成FPP改性Mg(OH) 2 /PP复合材料 ,研究了FPP、接枝单体和原位形成FPP对Mg(OH) 2 /PP复合材料力学性能的影响 ,实验结果表明 ,Mg(OH) 2 使PP力学性能明显降低 ,缺口冲击强度降低比弯曲、拉伸强度更加明显 ,但模量提高。FPP加入有利于复合材料弯曲、拉伸强度提高 ,而且Mg(OH) 2 用量越多 ,效果越明显。接枝单体加入也明显提高复合材料的力学性能 ,尤其高含量Mg(OH) 2 填充复合材料。虽然原位形成FPP改性复合材料的力学性能比仅加有接枝单体的低 ,但随接枝单体用量增加而提高。抗氧剂对原位形成FPP改性复合材料Mg(OH) 2 /PP力学性能影响不大。     

季铵铜和铜唑预处理对马尾松单板层积材性能的影响

为拓展单板层积材(LVL)的应用领域,延长其使用寿命,通过季铵铜(ACQ)和铜唑(CuAz)常压浸渍单板,研制防腐马尾松单板层积材(LVL),考察了防腐剂种类和载药量对LVL耐腐及物理力学性能的影响。结果表明:ACQ和CuAz预处理单板显著提高了马尾松LVL耐腐性,处理材达到强耐腐等级; 处理材的弹性模量和静曲强度达到GB/T 20241—2006标准规定的结构用LVL中120E至160E级别要求,剪切强度达到50V-43H级别要求,浸渍剥离率仅为0.1%～0.8%。与未处理材相比,处理材的弹性模量略有增加,剪切强度及部分处理材的静曲强度有所下降; 但处理材之间、处理材与对照材之间的力学性能均无显著差异。研究表明,ACQ和CuAz常压浸渍预处理单板是研制防腐马尾松LVL的一条有效途径。