秸秆木塑复合材料的制备与性能

发布时间：2020-07-29 17:41

【摘要】：我国作为农业大国,每年会产生大量的玉米秸秆。然而,焚烧处理给大气环境带来巨大的危害,不符合我国生态农业发展的趋势,更不利于美丽中国建设的新目标的实现。针对农作物产物玉米秸秆的回收利用问题,本论文先将回收得到的玉米秸秆用机械法制备得到80-100目的玉米秸秆粉(CSF),然后通过引入具有高强度和高模量的剑麻纤维(SF),采用热压成型的工艺制备CSF/SF/PVC复合材料。针对非极性的聚合物和表面具有较强极性的秸秆纤维之间的矛盾引发的木塑复合材料的界面相容性问题,分别采用生物质复合相容剂、纤维表面交联改性等方法制备得到秸秆增强聚丙烯塑料(PP)高性能的木塑复合材料。本论文研究工作对秸秆纤维在木塑复合材料中的研究与应用具有非常重要的意义。具体研究内容如下:(1)在制备出木粉(WF)增强PVC(WFPC)的基础上,用CSF替换WF而制备秸秆粉增强PVC(CSFPC)复合材料。为了进一步提高使用范围,引入高性能的SF,制备了CSFSFPC复合材料,探讨了剑麻纤维的长度和添加量对混杂增强制备PVC基复合材料的机械性能、界面和吸水性的影响。研究结果表明,CSFPC力学强度能够满足实际应用,达到相关国家标准要求。5 mm长的SF添加量为5 Phr(CSFSFPC-5)时其混杂增强效果最佳。CSFSFPC-5的弯曲强度相较于相较于CSFPC和WFPC提高了56.7%和50.3%,CSFSFPC-5的弯曲模量相较于CSFPC和WFPC分别提高了47.4%和52.9%。通过对混杂增强的复合材料断面扫描分析表明,SFs和CSFs在PVC基体中形成彼此相互穿插的网络结构,SFs是骨架起到支撑的作用,CSFs作为连接的桥梁。通过对混杂增强的复合材料断面金相观察分析表明,SFs分散在PVC中,它们可以在应力传递中发挥重要作用。(2)马来酸酐相容剂(MAPP)和壳聚糖(CS)混合使用作为一种复合型相容剂,研究其添加比例对CSF/PP复合材料力学性能的影响,并与用5 wt%NaOH和10 wt%NaOH溶液分别处理玉米秸秆纤维相比较。比较了复合型相容剂和碱处理分别对玉米秸秆纤维PP基复合材料力学性能的影响。并且对比了两种方式对复合材料界面性能和吸水性的影响。研究结果表明在碱处理过程中,与5 wt%NaOH处理纤维相比,10 wt%NaOH的浓度过高容易对秸秆纤维自身造成损害,从而降低复合材料的力学性能。复合相容剂(5%MAPP+5%CS)添加使得纤维与基体之间化学键的形成,CSF在PP中的浸润性得到改善,从而增强了纤维与基体之间的界面相容性。与纯PP(51.56 MPa)相比,15-UT-5MAPPCS(63.14 MPa)的和15-UT-5MAPPCS(69.35 MPa)弯曲强度分别提高了22.5%,和34.5%,复合型相容剂可以在不采用碱液处理纤维的前提下对复合材料的力学性能进行改善。(3)CSF在低浓度碱溶液中短暂的浸泡以使得纤维素纤维充分暴露后,采用乳化交联法,通过壳聚糖与戊二醛交联作用得到了交联改性的秸秆纤维(CL-CSF),从而制备得到交联改性秸秆纤维增强PP复合材料。探究了交联改性秸秆纤维的添加量对复合材料力学性能、界面性能、热稳定性以及吸水性的影响。交联改性可以提高秸秆纤维表面的结晶度,且SEM照片观察到CL-CSF被包裹一层具有柔韧性的透明状聚合物层。添加量为40 wt%时,CL-CSF增强PP相较于原始CSF增强PP复合材料的弯曲强度提高了19.2%,弯曲模量提高了8.3%。添加量为20 wt%时,CL-CSF的复合材料具有冲击强度为12.053 KJ/m~2,交联改性促使复合材料的冲击强度提高了17.5%。与试样40UT-CSF在16天时吸水率为2.38%相比,试样40CL-CSF在16天时吸水率降低为2.08%。吸水率和冲击断面分析结果表明,玉米秸秆纤维表面通过交联改性形成的聚合物层可以提高纤维和PP基体之间的界面相容性。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB332
【图文】：

木塑复合材料,加工工艺流程

木塑复合材料加工工艺流程

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【参考文献】