木塑复合材料的界面相容性及增强机理研究

发布时间：2020-10-24 03:12

　　 木塑复合材料的性能优异、绿色环保,且可循环使用,目前已被广泛应用于户外庭院、建筑等领域。但在复合材料使用过程中,材料界面相容性不佳、抗静电性能差、耐热性能不佳等问题日渐突出,从而在一定程度上限制了材料的使用。为了改善木塑复合材料的界面相容性差、耐热性能不好、抗静电性能差等问题,本文对木纤维进行化学改性处理,探讨了不同改性方法对木塑复合材料力学强度、尺寸稳定性的影响,借助傅里叶红外(FTIR)和扫描电镜(SEM)技术分析了不同处理方法的界面改性机制,并向复合材料基体中添加矿物质及导电填料,考察其材料力学强度、耐热性及抗静电性能的影响,采用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)和x射线衍射仪(XRD)技术分析了填料对复合材料的增强机理。主要研究结果如下：(1)酯化处理对木塑复合材料性能的影响控制木纤维的酯化反应程度可以有效改善木纤维表面的疏水性,改变纤维形态和微观形貌,从而提高木塑复合材料的界面结合强度；酯化处理木粉后,反应生成的乙酰基部分取代了纤维表面的羟基,降低了木纤维表面极性,而且木纤维的长度和壁厚有所增大；酯化处理后的木纤维表面平整光滑,且复合材料更加致密。(2)木聚糖酶处理对木塑复合材料性能的影响木聚糖酶处理能够增强木塑复合材料的界面结合,在木聚糖酶处理温度为40℃、时间2h、pH4.5、浓度800IU·g-1时,木纤维的纤维素相对含量及结晶度增加,半纤维含量减小,木质素相对含量增加；木纤维的材质变软、表面变得粗糙,增大了与塑料分子的接触面积,从而木塑复合材料的力学性能得到提高。(3)硅烷偶联剂处理对木塑复合材料性能的影响硅烷偶联剂处理可提高木塑复合材料的界面结合强度,当硅烷偶联剂用量为4wt%时,硅烷偶联剂发生了缩聚接枝反应,在HDPE和木纤维之间起到了“桥梁”的作用,所以木塑复合材料的力学强度及尺寸稳定性达到最佳。(4)铝矾土对木塑复合材料性能的影响加入适量铝矾土后,木塑复合材料的力学强度、耐热性及耐磨性能得以改善。铝矾土在木塑复合材料基体中分布均匀,可有效承担载荷,同时提高了木塑复合材料的结晶性能,降低了复合材料在外在应力下引起的变形和破坏；但铝矾土用量过高,分布不均匀,容易形成团聚现象,反而导致复合材料的力学强度和耐磨性降低,线性热膨胀系数增大。(5)石墨对木塑复合材料性能的影响研究了石墨含量对木塑复合材料的力学强度、电阻率及摩擦静电荷的影响。结果表明：随着石墨含量的增加,木塑复合材料的力学强度逐渐降低,主要是由于加入石墨后,材料内容易形成应力集中点和发生层间滑移,从而导致材料在受到外力作用时,发生变形或破坏。当石墨含量达到一个拐点值时,由于材料内部形成了导电通路,所以材料的摩擦静电荷小于10V。然而当石墨含量小于拐点值时,由于测试气氛的高活性和浓度可使得气体活化或电离,产生附加电场,从而导致在不同气氛下的摩擦静电表现为氧气氮气大气氩气真空。
【学位单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TB332
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外WPC的界面相容性及增强改性研究现状
        1.2.1 国内外WPC界面相容性研究现状
        1.2.2 国内外WPC增强改性研究现状
    1.4 研究目的及意义
    1.5 研究内容
2 酯化处理对WPC性能的影响
    2.1 引言
    2.2 实验材料与方法
        2.2.1 原材料
        2.2.2 主要仪器设备
        2.2.3 木粉处理及木塑复合材料的制备
        2.2.4 木材解剖性质测试
        2.2.5 力学性能测试
        2.2.6 红外吸收光谱分析
        2.2.7 断面微观形貌表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 酯化处理对木塑复合材料力学性能的影响
        2.3.2 酯化处理对木纤维表面化学基团的影响
        2.3.3 酯化处理对木纤维形态特征的影响
        2.3.4 酯化处理对木塑复合材料微观形貌的影响
    2.4 小结
3 木聚糖酶处理对WPC性能的影响
    3.1 引言
    3.2 实验材料及方法
        3.2.1 原材料
        3.2.2 主要仪器设备
        3.2.3 木聚糖酶处理
        3.2.4 木塑复合材料制备
        3.2.5 力学性能测试
        3.2.6 红外吸收光谱分析
        3.2.7 断面微观形貌表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 木聚糖酶处理对木塑复合材料力学性能的影响
        3.3.2 木聚糖酶处理对西南桦纤维表面化学基团的影响
        3.3.3 木聚糖酶处理对WPC断面微观形貌的影响
    3.4 小结
4 硅烷偶联剂处理对WPC性能的影响
    4.1 引言
    4.2 材料及方法
        4.2.1 原材料
        4.2.2 主要仪器设备
        4.2.3 硅烷偶联剂处理
        4.2.4 木塑复合材料制备
        4.2.5 力学性能测试
        4.2.6 尺寸稳定性测试
        4.2.7 断面微观形貌表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 硅烷偶联剂对WPC力学性能的影响
        4.3.2 硅烷偶联剂对WPC尺寸稳定性的影响
        4.3.3 最佳用量的确定
        4.3.4 SEM分析
    4.4 小结
5 铝矾土对WPC性能的影响
    5.1 引言
    5.2 实验材料及方法
        5.2.1 原材料
        5.2.2 主要仪器设备
        5.2.3 硅烷偶联剂处理
        5.2.4 木塑复合材料的制备
        5.2.5 力学性能测试
        5.2.6 耐热性测试
        5.2.7 摩擦性能测试
        5.2.8 结晶特性分析
        5.2.9 断面微观形貌表征
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 铝矾土用量对木塑复合材料力学性能的影响
        5.3.2 铝矾土用量对竹粉/HDPE摩擦性能的影响
        5.3.3 铝矾土用量对竹粉/HDPE耐热性能的影响
    5.4 小结
6 石墨对WPC性能的影响
    6.1 引言
    6.2 材料及方法
        6.2.1 原材料
        6.2.2 主要仪器设备
        6.2.3 硅烷偶联剂处理
        6.2.4 木塑复合材料制备
        6.2.5 力学性能测试
        6.2.6 电阻率测试
        6.2.7 摩擦静电测试
        6.2.8 断面微观形貌表征
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 石墨用量对木塑复合材料摩擦静电的影响
        6.3.2 不同气氛条件下木塑复合材料的摩擦起电机理
        6.3.3 石墨含量对木塑复合材料力学性能的影响
    6.4 小结
参考文献
致谢
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本文编号：2853937