發(fā)布時間：2020-07-06 15:55

【摘要】：木塑復(fù)合材料是一種綠色可循環(huán)利用的環(huán)保建筑材料,目前其主要應(yīng)用領(lǐng)域為建筑材料,常被用作戶外景觀建筑、戶外地板、建筑內(nèi)外墻掛板,在汽車行業(yè)也有少量應(yīng)用如汽車內(nèi)飾等。如何進一步拓展木塑復(fù)合材料的應(yīng)用范圍一直是個重要議題。本研究提出了賦予木塑復(fù)合材料光致變色功能,提高木塑復(fù)合材料的表面裝飾性,預(yù)期應(yīng)用于紫外線感應(yīng)、室內(nèi)外指示標識、裝飾、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計、家具制造甚至替代某些光學(xué)元器件等多個領(lǐng)域。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)采用熱壓覆貼方法制備了光致變色木塑復(fù)合材料(P-WPC),采用光致變色粉作為功能性填料,以聚丙烯為基體制備聚丙烯/光致變色粉復(fù)合材料,然后將其壓制成1mm厚的光致變色表層,用熱壓法覆貼在高密度聚乙烯基木塑復(fù)合材料表面。通過掃描電鏡、X射線光電子能譜、傅里葉紅外光譜、紫外-可見光譜等分析,結(jié)果表明光致變色粉是直徑為1μm-6μm的球形,吸收波長為350nm～400nm的紫外線,其主要成分為螺VA嗪及其衍生物。(2)在制備聚丙烯/光致變色粉復(fù)合材料的過程中有一組試件添加了二甲基硅油作為潤滑劑,以提高光致變色粉在聚丙烯基體中的分布均勻性,電鏡觀察結(jié)果顯示兩組試件中光致變色粉都能聚丙烯基體中均勻分布,與是否添加二甲基硅油的相關(guān)性不大。采用上述覆貼法制備的P-WPC,因表層厚度只有1mm,所以表層光致變色粉的添加量不宜低于2%。人工老化試驗的結(jié)果表明光致變色粉添加量對熱壓法制備的光致變色木塑復(fù)合材料的光致變色功能保持時間的影響很明顯,即光致變色粉添加量越大試件耐疲勞時間越長。(3)采用共擠出方法制備核殼結(jié)構(gòu)的光致變色木塑復(fù)合材料(CP-WPC),其殼層是高密度聚乙烯(HDPE)和光致變色粉,核層是HDPE基木塑復(fù)合材料。采用兩種試件制備方法測定CP-WPC的物理力學(xué)性能,一種是保留完整共擠出結(jié)構(gòu)形式的試件,另一種是非完整共擠結(jié)構(gòu)(只保留殼層上下表面)的試件,兩種試件物理力學(xué)指標的變化趨勢是一樣。隨后進行了單因素方差分析,結(jié)果表明殼層光致變色粉的添加量只對完整核殼結(jié)構(gòu)試件的抗彎性能有顯著影響對其他指標無顯著影響。電鏡觀察結(jié)果顯示核層與殼層之間無界面或?qū)娱g縫隙,即兩者界面結(jié)合很好。人工和自然老化過程表明,殼層光致變色粉添加量仍對試件耐疲勞時間有直接影響,殼層光致變色粉添加量越大變色后色飽和度也越高。(4)針對CP-WPC物理力學(xué)性能并不理想的問題,進行了在殼層添加短切碳纖維(CCF)的嘗試。為了確定短切纖維的長度,以及短切碳纖維與基體之間的界面對復(fù)合材料性能的影響關(guān)系,首先采用在木塑復(fù)合材料中整體添加短切碳纖維的方式進行探索。結(jié)果表明短切碳纖維長度為4mm時復(fù)合材料的整體性能較好,馬來酸酐接枝聚乙烯(MAPE)作為碳纖維和HDPE之間的偶聯(lián)劑能夠起到一定作用。隨后制備短切碳纖維增強共擠出光致變色木塑復(fù)合材料(CCF-CP-WPC),僅殼層添加短切碳纖維,檢測其物理力學(xué)性能、紫外光照射前后的顏色、人工老化和自然老化,結(jié)果表明當(dāng)殼層添加短切碳纖維添加量達到6%及以上時試樣的抗彎性能和拉伸性能均明顯升高,但顏色測定結(jié)果和老化試驗結(jié)果均表明此時試件的光致變色功能受到了極大負面影響,因此該增強手段并不適合用于增強CP-WPC。(5)通過在殼層添加不同比例的木粉制備了木粉增強共擠出光致變色木塑復(fù)合材料(W-CP-WPC),發(fā)現(xiàn)這種方法可明顯提高CP-WPC的物理力學(xué)性能,而且殼層是否添加木粉對CP-WPC的光致變色功能的影響很小,殼層木粉添加量的最佳范圍是2%～6%,制備的W-CP-WPC的抗彎強度(非完整共擠出結(jié)構(gòu)試件)可達到58MPa左右。顏色測定結(jié)果表明試件具備光致變色功能,隨著殼層木粉添加量的增多,試件激發(fā)前后的色差值呈現(xiàn)逐漸下降趨勢,但下降幅度并不大。人工老化和自然老化結(jié)果均表明,外殼層添加木粉后W-CP-WPC的耐疲勞時間延長了,因為木粉自身也含有對紫外線光敏的組分,這些組分可吸收一部分紫外線進而延長了試件的耐疲勞時間。從復(fù)合材料性能和外觀的角度看,殼層添加適量木粉是CP-WPC的最佳制備方法。
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB332

【參考文獻】

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本文編號：2743842