秸稈木塑復合材料的制備與性能

發(fā)布時間：2020-07-29 17:41

【摘要】：我國作為農業(yè)大國,每年會產生大量的玉米秸稈。然而,焚燒處理給大氣環(huán)境帶來巨大的危害,不符合我國生態(tài)農業(yè)發(fā)展的趨勢,更不利于美麗中國建設的新目標的實現(xiàn)。針對農作物產物玉米秸稈的回收利用問題,本論文先將回收得到的玉米秸稈用機械法制備得到80-100目的玉米秸稈粉(CSF),然后通過引入具有高強度和高模量的劍麻纖維(SF),采用熱壓成型的工藝制備CSF/SF/PVC復合材料。針對非極性的聚合物和表面具有較強極性的秸稈纖維之間的矛盾引發(fā)的木塑復合材料的界面相容性問題,分別采用生物質復合相容劑、纖維表面交聯(lián)改性等方法制備得到秸稈增強聚丙烯塑料(PP)高性能的木塑復合材料。本論文研究工作對秸稈纖維在木塑復合材料中的研究與應用具有非常重要的意義。具體研究內容如下:(1)在制備出木粉(WF)增強PVC(WFPC)的基礎上,用CSF替換WF而制備秸稈粉增強PVC(CSFPC)復合材料。為了進一步提高使用范圍,引入高性能的SF,制備了CSFSFPC復合材料,探討了劍麻纖維的長度和添加量對混雜增強制備PVC基復合材料的機械性能、界面和吸水性的影響。研究結果表明,CSFPC力學強度能夠滿足實際應用,達到相關國家標準要求。5 mm長的SF添加量為5 Phr(CSFSFPC-5)時其混雜增強效果最佳。CSFSFPC-5的彎曲強度相較于相較于CSFPC和WFPC提高了56.7%和50.3%,CSFSFPC-5的彎曲模量相較于CSFPC和WFPC分別提高了47.4%和52.9%。通過對混雜增強的復合材料斷面掃描分析表明,SFs和CSFs在PVC基體中形成彼此相互穿插的網絡結構,SFs是骨架起到支撐的作用,CSFs作為連接的橋梁。通過對混雜增強的復合材料斷面金相觀察分析表明,SFs分散在PVC中,它們可以在應力傳遞中發(fā)揮重要作用。(2)馬來酸酐相容劑(MAPP)和殼聚糖(CS)混合使用作為一種復合型相容劑,研究其添加比例對CSF/PP復合材料力學性能的影響,并與用5 wt%NaOH和10 wt%NaOH溶液分別處理玉米秸稈纖維相比較。比較了復合型相容劑和堿處理分別對玉米秸稈纖維PP基復合材料力學性能的影響。并且對比了兩種方式對復合材料界面性能和吸水性的影響。研究結果表明在堿處理過程中,與5 wt%NaOH處理纖維相比,10 wt%NaOH的濃度過高容易對秸稈纖維自身造成損害,從而降低復合材料的力學性能。復合相容劑(5%MAPP+5%CS)添加使得纖維與基體之間化學鍵的形成,CSF在PP中的浸潤性得到改善,從而增強了纖維與基體之間的界面相容性。與純PP(51.56 MPa)相比,15-UT-5MAPPCS(63.14 MPa)的和15-UT-5MAPPCS(69.35 MPa)彎曲強度分別提高了22.5%,和34.5%,復合型相容劑可以在不采用堿液處理纖維的前提下對復合材料的力學性能進行改善。(3)CSF在低濃度堿溶液中短暫的浸泡以使得纖維素纖維充分暴露后,采用乳化交聯(lián)法,通過殼聚糖與戊二醛交聯(lián)作用得到了交聯(lián)改性的秸稈纖維(CL-CSF),從而制備得到交聯(lián)改性秸稈纖維增強PP復合材料。探究了交聯(lián)改性秸稈纖維的添加量對復合材料力學性能、界面性能、熱穩(wěn)定性以及吸水性的影響。交聯(lián)改性可以提高秸稈纖維表面的結晶度,且SEM照片觀察到CL-CSF被包裹一層具有柔韌性的透明狀聚合物層。添加量為40 wt%時,CL-CSF增強PP相較于原始CSF增強PP復合材料的彎曲強度提高了19.2%,彎曲模量提高了8.3%。添加量為20 wt%時,CL-CSF的復合材料具有沖擊強度為12.053 KJ/m~2,交聯(lián)改性促使復合材料的沖擊強度提高了17.5%。與試樣40UT-CSF在16天時吸水率為2.38%相比,試樣40CL-CSF在16天時吸水率降低為2.08%。吸水率和沖擊斷面分析結果表明,玉米秸稈纖維表面通過交聯(lián)改性形成的聚合物層可以提高纖維和PP基體之間的界面相容性。
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB332
【圖文】：

木塑復合材料,加工工藝流程