稀土荧光竹塑复合材料的制备与性能研究

发布时间：2017-05-12 15:12

  本文关键词：稀土荧光竹塑复合材料的制备与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本论文利用竹粉、铝酸锶荧光粉、高密度聚乙烯、偶联剂通过高速混合、密炼以及注塑成型的方法制备了稀土荧光竹塑复合材料,这种复合材料因综合了竹粉、铝酸盐长余辉发光材料以及高密度聚乙烯的诸多优点而具发展应用的美好前景。对稀土荧光竹塑复合材料进行开发应用,不仅有利于缓解我国森林资源不足,木材供应价高紧缺的现状,而且促进了稀土资源的开发和应用,增加了竹塑复合材料的发光性能,与此同时,解决了高分子聚合物、竹粉等废弃物资源再生利用问题。本文首先筛选较优的偶联剂的种类及含量、荧光粉的含量及粒径以制备综合性能较优的稀土荧光竹塑复合材料；然后利用含氢硅油改性竹粉和荧光粉提高复合材料的耐水性能,以扩大其应用范围。为稀土荧光竹塑复合材料的开发和应用提供基础。首先探讨了马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、异丙基三(硬脂酰基)钛酸酯(YB-510)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)三种偶联剂对稀土荧光复合材料性能的影响,通过各种仪器分析表明,三种偶联剂均能改善竹粉和荧光粉的分散性,减少了团聚现象,使得基体与填料间浸润性改善,增强了复合材料的界面黏合作用,提高了复合材料的加工流动性能,三者之中较优的偶联剂为MAPE;然后对MAPE的含量做进一步研究,通过对添加2%、4%、6%、8%的MAPE的稀土荧光竹塑复合材料的发射光谱、力学性能、场发射电镜(FESEM)进行分析以及利用红外光谱(FT-IR)对复合材料的化学结构表征分析得出添加6%的MAPE的复合材料综合性能较优,其内竹粉和荧光粉在基体内分散性改善较好,荧光粉摩擦受损率以及淬灭率较低,复合材料界面结合较好,副反应较少,二者的表面游离羟基与酸酐基团之间发生了酯化反应和氢键连接,MAPE起着连结两种不同极性物质的桥梁作用。然后对铝酸锶荧光粉的含量和粒径对稀土荧光竹塑复合材料性能的影响进行研究。通过添加不同含量的荧光粉,利用分析仪器对复合材料的性能进行表征说明,并利用FESEM对复合材料的拉伸断面进行观察,结果表明铝酸锶荧光粉的含量为13.7%时复合材料的综合性能较优,发光效率较高,力学性能较好,遇热较稳定,荧光粉在基体中分散性较好,团聚现象较少,荧光粉利用率较高。对铝酸锶荧光粉的粒径研究表明,随着荧光粉粒径的减小,稀土荧光竹塑复合材料的相对发光强度增大,弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度和冲击强度均先增大后减小,添加1500目荧光粉的复合材料中基体与填料浸润性较好,界面粘合作用较强,复合材料的力学性能和动态流变性能较好；FESEM显示,荧光粉粒径越小,复合材料界面结合越强,但粒径太小,团聚增多,界面结合变差；热重分析表明,添加1500目荧光粉的复合材料热稳定性较好；因此添加1500目荧光粉的复合材料的综合性能较优。最后利用含氢硅油改性竹粉和荧光粉以使二者由亲水性向疏水性转变,从而提高稀土荧光竹塑复合材料的耐水性。接触角分析表明：竹粉、荧光粉和复合材料的表面由亲水性变为疏水性；相比于未改性复合材料,改性复合材料的吸水率和吸水厚度膨胀率较低；经11天水浸泡,改性复合材料的相对发光强度下降28.82%低于未改性复合材料的42.17%,改性复合材料的发光性能耐水性更好。随着浸水时间的增长,复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度均下降并趋于稳定,冲击强度先增大后减小,然后趋于稳定,与未改性复合材料相比,改性复合材料的弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度的下降率较低,改性复合材料的力学性能遇水更稳定。场发射扫描电镜显示,改性复合材料中荧光粉和竹粉在基体中分散较均匀、团聚减少、界面粘合强度改善。复合材料经含氢硅油改性后,游离羟基数量减小,在1387.75 cm-1处出现Si-CH3的特征吸收峰,表明含氢硅油与竹纤维和荧光粉表面羟基发生了化学反应,形成了疏水性包覆层。
【关键词】：铝酸锶荧光粉 竹粉 含氢硅油 流变性能 发射光谱 偶联剂 竹塑复合材料
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 竹塑复合材料的发展研究现状13-14
• 1.3 竹塑复合材料的原料14-18
• 1.3.1 竹纤维14-15
• 1.3.2 高分子聚合物15-16
• 1.3.3 偶联剂16-18
• 1.4 荧光塑料的发展研究现状18-19
• 1.5 本课题研究的主要内容及意义19-20
• 1.6 本课题的研究特色20-22
• 第二章 稀土荧光竹塑复合材料的制备与性能测试22-29
• 2.1 实验部分22-23
• 2.1.1 实验原料与试剂22
• 2.1.2 实验设备与仪器22-23
• 2.2 稀土荧光竹塑复合材料的制备23-25
• 2.2.1 原料的筛选与改性处理23-24
• 2.2.2 偶联剂对竹粉和铝酸锶荧光粉的预处理24
• 2.2.3 实验工艺流程24-25
• 2.3 性能测试与结构表征25-28
• 2.3.1 荧光性能测试25
• 2.3.2 力学性能测试25-26
• 2.3.3 场发射扫描电镜(FESEM)测试26
• 2.3.4 热重(TG)分析测试26
• 2.3.5 红外光谱(FT-IR)测试26
• 2.3.6 动态流变性能测试26-27
• 2.3.7 接触角测试27
• 2.3.8 吸水率和吸水厚度膨胀率测试27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 偶联剂对稀土荧光竹塑复合材料性能的影响29-48
• 3.1 偶联剂种类对稀土荧光竹塑复合材料性能的影响29-41
• 3.1.1 发射光谱分析29-30
• 3.1.2 力学性能分析30-33
• 3.1.2.1 弯曲强度和弯曲模量30-32
• 3.1.2.2 拉伸强度和冲击强度32-33
• 3.1.3 热重(TG)分析33-35
• 3.1.4 动态流变性能分析35-40
• 3.1.4.1 复合材料“似固体行为”对频率的依赖性35-38
• 3.1.4.2 复合材料“Payne”效应对应变的依赖性38-40
• 3.1.5 FESEM分析40-41
• 3.2 MAPE含量对稀土荧光竹塑复合材料性能的影响41-46
• 3.2.1 发射光谱分析42-43
• 3.2.2 力学性能分析43-44
• 3.2.2.1 弯曲强度和弯曲模量43-44
• 3.2.2.2 拉伸强度和冲击强度44
• 3.2.3 FESEM分析44-45
• 3.2.4 FT-IR分析45-46
• 3.3 本章小结46-48
• 第四章 铝酸锶荧光粉对稀土荧光竹塑复合材料性能的影响48-72
• 4.1 铝酸锶荧光粉含量对稀土荧光竹塑复合材料性能的影响48-58
• 4.1.1 紫外—可见光吸收光谱分析48-50
• 4.1.2 荧光光谱分析50-52
• 4.1.3 力学性能分析52-55
• 4.1.3.1 弯曲强度和弯曲模量52-53
• 4.1.3.2 拉伸强度和冲击强度53-55
• 4.1.4 FESEM分析55
• 4.1.5 热重(TG)分析55-58
• 4.2 铝酸锶荧光粉粒径对稀土荧光竹塑复合材料性能的影响58-68
• 4.2.1 发射光谱分析59-60
• 4.2.2 力学性能分析60-63
• 4.2.2.1 弯曲强度和弯曲模量60-61
• 4.2.2.2 拉伸强度和冲击强度61-63
• 4.2.3 动态流变性能分析63-68
• 4.2.3.1 复合材料“似固体行为”对频率的依赖性63-65
• 4.2.3.2 复合材料“Payne"效应对应变的依赖性65-68
• 4.3 FESEM分析68
• 4.4 热重(TG)分析68-70
• 4.5 本章小结70-72
• 第五章 含氢硅油改性稀土荧光竹塑复合材料的性能研究72-83
• 5.1 实验方法及反应机理72-73
• 5.2 接触角分析73-74
• 5.3 吸水率和厚度膨胀率分析74-75
• 5.4 吸水时间对发射光谱的影响75-77
• 5.5 吸水时间对力学性能的影响77-79
• 5.5.1 吸水时间对弯曲强度和弯曲模量的影响77-78
• 5.5.2 吸水时间对拉伸强度和冲击强度的影响78-79
• 5.6 FESEM分析79-80
• 5.7 FT-IR分析80-81
• 5.8 本章小结81-83
• 第六章 结论与建议83-87
• 6.1 结论83-85
• 6.2 建议85-87
• 参考文献87-95
• 攻读学位期间发表的学术论文95-96
• 致谢96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宋剑斌;袁全平;黄彪;侯俊峰;杨文斌;;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[J];农业工程学报;2015年13期

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3 王洪宇;隋国鑫;;文冠果壳纤维/高密度聚乙烯复合材料的力学性能[J];科技导报;2014年09期

4 李阳;李大纲;徐朝阳;张然然;;纳米纤维素增强聚苯胺复合材料的制备及性能[J];科技导报;2014年Z1期

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本文编号：360118