本文關(guān)鍵詞：纖維素增強聚合物復(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)境意識的持續(xù)增強,纖維素在復(fù)合材料中的應(yīng)用成為各國的研究熱點。纖維素增強聚合物復(fù)合材料的力學(xué)性能強烈地受到纖維素的分散及其與聚合物基體界面結(jié)合強度的限制。本論文以天然纖維素增強聚合物復(fù)合材料為研究對象,以提高纖維素復(fù)合材料力學(xué)性能為目的,開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)氧樹脂,制備出不同竹纖維素含量的復(fù)合材料并測試其力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)未經(jīng)處理竹纖維素的添加降低了復(fù)合材料的拉伸強度,這主要是因為竹纖維素與環(huán)氧樹脂的界面結(jié)合強度太低。為此,對竹纖維素分別用稀堿溶液和偶聯(lián)劑進行預(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)氧樹脂復(fù)合材料,其拉伸強度和斷裂伸長率顯著升高,沖擊強度小幅下降；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、微晶纖維素和細菌纖維素作為增強材料,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、微晶纖維素和細菌纖維素均能有效提高聚乳酸的楊氏模量和沖擊強度,并具有促進聚乳酸結(jié)晶的能力。由于竹纖維素和細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)合材料的拉伸強度和斷裂伸長率。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、拉伸強度、沖擊強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,以及聚乳酸的馬來酸酐接枝改性對聚乳酸基復(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)合材料的強度,KH560處理竹纖維素能明顯提高復(fù)合材料的韌性,而馬來酸酐接枝聚乳酸改性在提高復(fù)合材料強度和韌性這兩方面的能力都處在中間。表征和分析認為,KH560處理竹纖維素和馬來酸酐接枝聚乳酸改性提高復(fù)合材料力學(xué)性能的機理,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劈裂作用使竹纖維素成為更細小完善的纖維,顯著增加竹纖維素的表面積和長徑比,同時改善聚乳酸對竹纖維素的浸潤性。以秸稈纖維素為原料,通過可控溶解制備全纖維素復(fù)合材料,研究了不同溶解時間對其力學(xué)性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),秸稈纖維素溶解時間為4h時獲得的全纖維素復(fù)合材料具有最佳的力學(xué)性能,拉伸強度可達269.9 MPa,斷裂伸長率為45.1%,楊氏模量為1.5 GPa。隨著秸稈纖維素溶解時間的增加,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。進一步分析認為,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體纖維素Ⅰ晶型的比例所控制。當(dāng)對纖維素原料的溶解時間較短時,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)原料溶解時間達到一定值之后,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,研究了對秸稈纖維進行活化預(yù)處理和堿處理對全纖維素復(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。對秸稈纖維素進行活化處理后,全纖維素復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著提高,拉伸強度達650.2 MPa(比未改性復(fù)合材料提高近6倍),楊氏模量達11.2 GPa,斷裂伸長率為10.4%。對秸稈纖維素進行堿處理后,制備的全纖維素復(fù)合材料拉伸強度可達568.6 MPa,模量達5.5 GPa,斷裂伸長率10.2%。分析認為,對秸稈纖維素進行活化和堿處理,均能提高秸稈纖維素在再生微晶纖維素基體中的分散性,并增強二者間的相互作用和界面結(jié)合強度。
[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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB332

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本文編號：1432928