【摘要】：聚乙烯木塑復(fù)合材料作為新一代的節(jié)能環(huán)保材料,廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。聚乙烯木塑復(fù)合材料中低表面能、非極性的聚乙烯成分使得這類(lèi)材料難以膠接,只有在膠接前對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行表面處理才能實(shí)現(xiàn)膠接進(jìn)行的無(wú)縫連接。論文選取射流等離子體放電對(duì)聚乙烯木塑復(fù)合材料進(jìn)行表面處理,通過(guò)優(yōu)化射流等離子體處理氣氛及時(shí)間以期在木塑復(fù)合材料表面產(chǎn)生可以與膠黏劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的基團(tuán),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)具有較好膠接性能的膠接接頭。論文借助于吸水率測(cè)試、膠接強(qiáng)度測(cè)試、表面形貌觀察、表面接觸角分析、傅里葉紅外光譜分析(FTIR)及X射線(xiàn)光電子能譜分析(XPS)等手段,系統(tǒng)研究了射流等離子體處理時(shí)間、處理氣氛對(duì)PE-WPC材料表面性質(zhì)和膠接性能的影響,解析了射流等離子體處理對(duì)PE-WPC表面的作用機(jī)制以及射流等離子體處理聚乙烯木塑復(fù)合材料膠接接頭的耐水失效機(jī)制。射流等離子體處理工藝的優(yōu)化結(jié)果表明,氮?dú)馍淞鞯入x子體放電處理可以在材料表面引入大量的含氧、含氮基團(tuán),顯著改善材料的表面極性和表面潤(rùn)濕性能,進(jìn)而大幅提升聚乙烯木塑復(fù)合材料的膠接強(qiáng)度。在試驗(yàn)的處理時(shí)間范圍內(nèi),材料表面性質(zhì)隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而呈周期性變化,這種改變主要源于氮?dú)馍淞鞯入x子體的物理刻蝕作用。不同氣氛射流等離子體對(duì)木塑復(fù)合材料表面處理的研究表明,氮?dú)鈿夥丈淞鞯入x子體對(duì)PE-WPC表面處理效果最佳,引入有效的氮、氧基團(tuán)量最高,表面接觸角值最低,潤(rùn)濕性最好,膠接試樣的膠接強(qiáng)度和耐水性在三者之中最好;氧氣氣氛處理引入的極性基團(tuán)含量其次,但刻蝕程度最高,膠接強(qiáng)度和耐水性居中;空氣則是因?yàn)楸砻嬉氲挠行У�、氧基團(tuán)量較少,因而表面接觸角數(shù)值較高,潤(rùn)濕性能較差,膠接試樣的膠接強(qiáng)度以及耐水性在三者之中最低。不同氣氛的射流等離子體在處理過(guò)程中所占據(jù)的主導(dǎo)作用不同,氧氣氣氛以氧化刻蝕為主,而氮?dú)鈿夥談t是化學(xué)改性作為主導(dǎo),空氣氣氛則較弱的結(jié)合了以上兩種作用效果。通過(guò)解析氮?dú)馍淞鞯入x子體處理對(duì)PE-WPC材料表面的作用機(jī)制可知,射流等離子體對(duì)PE-WPC材料表面的化學(xué)改性主要是在通過(guò)活性粒子在PE組分引入較多的HN-C=O/C=O基團(tuán),同時(shí)等離子體束流的氧化刻蝕作用去掉材料表面部分聚乙烯成分暴露出內(nèi)部的木質(zhì)成分,并經(jīng)活性粒子的氧化作用引入更多-OH、-COOH、-NH等基團(tuán),這些極性含氧、含氮基團(tuán)的引入,可以促使木塑復(fù)合材料表面與膠黏劑發(fā)生反應(yīng)形成化學(xué)鍵接,從而大幅提高膠接性能。聚乙烯木塑復(fù)合材料膠接接頭的耐水試驗(yàn)結(jié)果表明,不同氣氛射流等離子體處理的聚乙烯木塑復(fù)合材料膠接接頭之間耐水性能各異,其中氮?dú)鈿夥仗幚硪虮砻娈a(chǎn)生較多的極性氮、氧基團(tuán),進(jìn)而在膠接過(guò)程中與膠黏劑形成較多有效的化學(xué)鍵合,故耐水性最好。環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑具有一定的耐水性能并且與處理材料表面引入的極性基團(tuán)形成了較強(qiáng)的界面結(jié)合力,故而使用其膠接的試樣耐水性能較好;而反應(yīng)型聚氨酯熱熔膠可與水分子發(fā)生后固化反應(yīng),盡管長(zhǎng)時(shí)間水浸后的膠接耐水性能不如環(huán)氧樹(shù)脂,但其膠接速度快,可以實(shí)現(xiàn)木塑復(fù)合材料的快速膠接。氮?dú)馍淞鞯入x子體處理的木塑復(fù)合材料試樣極端水浸試驗(yàn)結(jié)果表明,氮?dú)馍淞鞯入x子體處理的PE-WPC材料表面在水浸過(guò)程中表面性質(zhì)發(fā)生了改變,這種水環(huán)境下膠接界面的性質(zhì)改變也是膠接接頭耐久失效的主要原因。聚乙烯木塑復(fù)合材料膠接接頭水環(huán)境下的耐久失效主要源自水分子對(duì)膠接界面上化學(xué)結(jié)合鍵的水解破壞導(dǎo)致的界面結(jié)合力降低以及木質(zhì)成分的不斷吸水膨脹而在膠接界面所導(dǎo)致的裂紋及內(nèi)應(yīng)力。
【圖文】：

圖１－２射流等離子體噴射裝置的示意圖［４（）］逡逑Ｆｉｇ邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ａ邋ｊｅｔ邋ｐｌａｓｍａ邋ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ邋ｄｅｖｉｃｅ［４０］逡逑子體技術(shù)在表面改性中的應(yīng)用研究逡逑子體技術(shù)的迅猛發(fā)展，近年來(lái)有關(guān)等離子體技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域遍及人

Ｆｉｇ．２－１邋Ｔｈｅ邋ｓｈａｐｅ邋ａｎｄ邋ｓｉｚｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｂｏｎｄｉｎｇ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎ邋（Ｕｎｉｔ：邋ｍｍ）逡逑別為兩種不同膠黏劑制備膠接接頭的工藝：逡逑環(huán)氧樹(shù)脂（Ｅ－５１）和工業(yè)聚酰胺固化劑（２００＃）按重量比１：１混合試樣表面，然后進(jìn)行兩兩搭接，采用專(zhuān)用夾具固定，膠接ｉｎ，將其置于常溫固化２４ｈ后再于５０°Ｃ下后固化４ｈ，以備待用。逡逑處理前后的試樣在１２０？１４０°Ｃ烘箱中預(yù)熱５ｍｉｎ，然后將反應(yīng)型０°Ｃ烘箱中加熱４０？６０ｍｉｎ熔融后快速均勻涂覆在試樣表面，然后專(zhuān)用夾具固定，膠接面積為２５ｍｍｘ２０ｍｍ，將其置于室溫下以備待用征逡逑強(qiáng)度測(cè)試逡逑環(huán)境下參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ－Ｔ１７５１７－１９９８，采用ＣＭＴ－５５０４型萬(wàn)能力思公司）對(duì)不同處理?xiàng)l件下的膠接試樣進(jìn)行壓縮剪切強(qiáng)度測(cè)試。測(cè)ｍｍ／ｍｉｎ，載荷能力為５０ｋＮ，記錄膠接試樣被切斷的最大剪切力（公式ｘ＝Ｐ／ＢＬ計(jì)算剪切強(qiáng)度，其中ｔ為剪切強(qiáng)度，單位ＭＰａ；邋Ｐ
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB332;O53

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本文編號(hào)：2698006