發(fā)布時(shí)間：2018-01-16 11:44

  本文關(guān)鍵詞：纖維素增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的制備與力學(xué)性能研究　出處：《西南交通大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：纖維素是自然界中儲(chǔ)量最大的可再生和可降解天然高分子。隨著當(dāng)今自然資源的日益匱乏和人們環(huán)境意識(shí)的持續(xù)增強(qiáng),纖維素在復(fù)合材料中的應(yīng)用成為各國(guó)的研究熱點(diǎn)。纖維素增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的力學(xué)性能強(qiáng)烈地受到纖維素的分散及其與聚合物基體界面結(jié)合強(qiáng)度的限制。本論文以天然纖維素增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料為研究對(duì)象,以提高纖維素復(fù)合材料力學(xué)性能為目的,開(kāi)展了以下幾部分工作。首先用竹纖維素填充改性熱固性塑料環(huán)氧樹(shù)脂,制備出不同竹纖維素含量的復(fù)合材料并測(cè)試其力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)未經(jīng)處理竹纖維素的添加降低了復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度,這主要是因?yàn)橹窭w維素與環(huán)氧樹(shù)脂的界面結(jié)合強(qiáng)度太低。為此,對(duì)竹纖維素分別用稀堿溶液和偶聯(lián)劑進(jìn)行預(yù)處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)4%NaOH溶液或偶聯(lián)劑KH560處理后的竹纖維素／環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料,其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率顯著升高,沖擊強(qiáng)度小幅下降；纖維素改性處理后的復(fù)合材料綜合力學(xué)性能較純環(huán)氧樹(shù)脂顯著提高,且偶聯(lián)劑處理優(yōu)于堿處理的效果。分別用竹纖維素、微晶纖維素和細(xì)菌纖維素作為增強(qiáng)材料,采用熔融共混法制備了纖維素／聚乳酸復(fù)合材料,研究了三種纖維素填充聚乳酸的力學(xué)性能。結(jié)果表明：竹纖維素、微晶纖維素和細(xì)菌纖維素均能有效提高聚乳酸的楊氏模量和沖擊強(qiáng)度,并具有促進(jìn)聚乳酸結(jié)晶的能力。由于竹纖維素和細(xì)菌纖維素在聚乳酸中的分散性較差,添加這兩種纖維素明顯降低復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。三種復(fù)合材料中,微晶纖維素／聚乳酸具有最佳的綜合力學(xué)性能,楊氏模量、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度分別比純聚乳酸增加44.4、16.4和58.8%。研究了竹纖維素的堿處理和偶聯(lián)劑處理,以及聚乳酸的馬來(lái)酸酐接枝改性對(duì)聚乳酸基復(fù)合材料的界面結(jié)合及力學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)4%NaOH溶液處理竹纖維素可顯著提高纖維素／聚乳酸復(fù)合材料的強(qiáng)度,KH560處理竹纖維素能明顯提高復(fù)合材料的韌性,而馬來(lái)酸酐接枝聚乳酸改性在提高復(fù)合材料強(qiáng)度和韌性這兩方面的能力都處在中間。表征和分析認(rèn)為,KH560處理竹纖維素和馬來(lái)酸酐接枝聚乳酸改性提高復(fù)合材料力學(xué)性能的機(jī)理,主要是在聚乳酸和竹纖維素間形成化學(xué)鍵連接,而堿處理竹纖維素是通過(guò)劈裂作用使竹纖維素成為更細(xì)小完善的纖維,顯著增加竹纖維素的表面積和長(zhǎng)徑比,同時(shí)改善聚乳酸對(duì)竹纖維素的浸潤(rùn)性。以秸稈纖維素為原料,通過(guò)可控溶解制備全纖維素復(fù)合材料,研究了不同溶解時(shí)間對(duì)其力學(xué)性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),秸稈纖維素溶解時(shí)間為4h時(shí)獲得的全纖維素復(fù)合材料具有最佳的力學(xué)性能,拉伸強(qiáng)度可達(dá)269.9 MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為45.1%,楊氏模量為1.5 GPa。隨著秸稈纖維素溶解時(shí)間的增加,全纖維素復(fù)合材料的再生纖維素基體的連續(xù)性增加,而其中纖維素Ⅰ晶型的含量逐漸降低。進(jìn)一步分析認(rèn)為,一步法制備全纖維素復(fù)合材料的力學(xué)性能主要由其中再生纖維素(Ⅱ晶型)形成的連續(xù)相基體及其與未溶解的增強(qiáng)體纖維素Ⅰ晶型的比例所控制。當(dāng)對(duì)纖維素原料的溶解時(shí)間較短時(shí),全纖維素復(fù)合材料的力學(xué)性能主要受再生纖維素基體的連續(xù)性控制；當(dāng)原料溶解時(shí)間達(dá)到一定值之后,全纖維素復(fù)合材料的力學(xué)性能主要受復(fù)合材料中纖維素Ⅰ晶型含量控制。用秸稈纖維素增強(qiáng)再生微晶纖維素,采用兩步法制備全纖維素復(fù)合材料,研究了對(duì)秸稈纖維進(jìn)行活化預(yù)處理和堿處理對(duì)全纖維素復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、形貌和力學(xué)性能的影響。往微晶纖維素溶液中直接添加未改性秸稈纖維素,復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。對(duì)秸稈纖維素進(jìn)行活化處理后,全纖維素復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著提高,拉伸強(qiáng)度達(dá)650.2 MPa(比未改性復(fù)合材料提高近6倍),楊氏模量達(dá)11.2 GPa,斷裂伸長(zhǎng)率為10.4%。對(duì)秸稈纖維素進(jìn)行堿處理后,制備的全纖維素復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度可達(dá)568.6 MPa,模量達(dá)5.5 GPa,斷裂伸長(zhǎng)率10.2%。分析認(rèn)為,對(duì)秸稈纖維素進(jìn)行活化和堿處理,均能提高秸稈纖維素在再生微晶纖維素基體中的分散性,并增強(qiáng)二者間的相互作用和界面結(jié)合強(qiáng)度。
[Abstract]:In this paper , the mechanical properties of cellulose / poly lactic acid were studied by using bamboo cellulose , microcrystalline cellulose and bacterial cellulose as reinforcing materials . The tensile strength of the prepared whole cellulose composite material can reach 568.6 MPa , the modulus is 5.5 GPa , and the elongation at break is 10.2 % . The analysis shows that the activation and alkali treatment of the straw cellulose can improve the dispersibility of the straw cellulose in the regenerated microcrystalline cellulose matrix , and enhance the interaction and the interface bonding strength between the two .

【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB332

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本文編號(hào)：1432928