本文關(guān)鍵詞：木質(zhì)高分子復(fù)合材料的改性設(shè)計及性能評價，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：這篇文章主要對新型木質(zhì)高分子復(fù)合材料進行改性并其性能進行評價。本文重點研究了木塑復(fù)合材料(WPCs)的耐久性,包括光老化性能和吸水動力學(xué),討論了紫外光穩(wěn)定劑和紫外光穩(wěn)定劑/硼酸鋅復(fù)配材料對木質(zhì)高分子復(fù)合材料耐久性能的影響。并制備了兩種無機材料/納米纖維素復(fù)合材料,包括納米蒙脫土/納米纖維素復(fù)合材料以及納米二氧化硅/納米纖維素復(fù)合材料,并系統(tǒng)研究了這兩種復(fù)合材料的物理力學(xué)性能,阻燃性能和吸濕性能等。對納米復(fù)合材料應(yīng)用于木塑復(fù)合材料,提升木塑復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性能具有一定的指導(dǎo)意義。本研究得到的結(jié)論歸納如下:(1)木塑復(fù)合材料的部分性能受到紫外光穩(wěn)定劑的影響。加入紫外光穩(wěn)定劑后木塑復(fù)合材料的表面潤濕度增加。在所有的含有紫外光穩(wěn)定劑的WPCs中,含有紫外吸收劑(UVA)的WPCs的接觸角值最大。紫外光穩(wěn)定劑對材料的力學(xué)性能影響甚微,加入紫外光穩(wěn)定劑后的木塑復(fù)合材料的彎曲強度和模量值與參照樣值相似。所有的配方木塑復(fù)合材料在老化氣候箱中放置一段時間后都發(fā)生了褪色,表面潤濕度增加,彎曲強度和模量下降等現(xiàn)象。但是紫外光穩(wěn)定劑對這一現(xiàn)象均有一定的緩解作用。對比兩種受阻胺劑(HALS),UVA和硼酸鋅的效果,發(fā)現(xiàn)在所有的紫外光穩(wěn)定劑中,UVA在減少木塑復(fù)合材料褪色方面,抗表面降解以及在保護材料的力學(xué)性能方面效果明顯,特別是在老化時間為2000h效果最為明顯。木塑材料的含水率隨著浸水時間的增長而增加,在最初的700h內(nèi),材料的含水率是直線上升的,隨著浸水時間的增加,材料吸水緩慢趨于平衡,最終含水率在16.3%左右。當(dāng)將飽和含水率的木塑復(fù)合材料放置于室內(nèi)環(huán)境下,材料會發(fā)生解吸的現(xiàn)象,在解吸的最初階段,解吸曲線十分陡峭,說明木塑材料的含水率下降迅速,隨著時間的增長,材料的解吸緩慢最終趨于平衡,材料終含水率在1.6%左右。通過菲克定律進行計算得知,材料的解吸擴散系數(shù)要遠遠的大于材料的吸水?dāng)U散系數(shù)。與前期的研究的飽和含水率以及擴散系數(shù)結(jié)果相比,加入紫外光穩(wěn)定劑木塑復(fù)合材料的吸水解吸系數(shù)沒有太大的變化,說明紫外光穩(wěn)定劑對材料的吸濕性能沒有影響。(2)對加入紫外光穩(wěn)定劑/硼酸鋅復(fù)配添加劑后木塑復(fù)合材料的耐久性能包括老化性能和吸水性能進行研究,發(fā)現(xiàn)所有的放置于氣候老化箱中的木塑復(fù)合材料在紫外光和水分噴射的環(huán)境中,材料的表觀性能和力學(xué)性能都會下降。加入紫外吸收劑/硼酸鋅復(fù)配添加劑的木塑復(fù)合材料表面碳�；诶匣^程中并沒有明顯的增加,材料的力學(xué)強度和表觀性能也優(yōu)于僅加入硼酸鋅的木塑復(fù)合材料。但受阻胺劑和硼酸鋅紫外光穩(wěn)定劑/硼酸鋅復(fù)配添加劑的保護作用比硼酸鋅的保護作用要弱,木塑復(fù)合材料老化后的力學(xué)性能和產(chǎn)品的表觀質(zhì)量相對要差。紫外光穩(wěn)定劑/硼酸鋅復(fù)配添加劑木塑復(fù)合材料的吸水性能,吸水?dāng)U散系數(shù)和解吸后最終含水率與參照樣值相似,但材料的解吸時的水分?jǐn)U散系數(shù)隨著HALS和UVA的加入而降低。(3)在納米纖維素中加入10、20、35、50%的納米蒙脫土制成納米復(fù)合材料。研究表明納米材料為層狀結(jié)構(gòu),多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料,其阻燃性能與表面潤濕度與材料內(nèi)部的納米蒙脫土含量有關(guān)。隨著納米蒙脫土含量的增多,材料的阻燃性能提高,當(dāng)納米蒙脫土含量為10%時,復(fù)合納米材料就成為了不燃材料,當(dāng)納米蒙脫土含量為20%,材料的氧指數(shù)為納米纖維素材料的兩倍即44.5,當(dāng)火源移開后,納米復(fù)合材料會出現(xiàn)自然熄滅的現(xiàn)象。納米復(fù)合材料的表面接觸角變化值也與材料內(nèi)部納米蒙脫土的含量有關(guān),納米纖維素材料的接觸角為57°,當(dāng)納米蒙脫土土含量增加到50%的時候,納米復(fù)合材料薄膜的接觸角提高至83°,且接觸角的變化率為1%。在所有的觀測性能中,力學(xué)性能的表現(xiàn)則與材料內(nèi)部所含有纖維素有關(guān),纖維素有效的提高了材料的拉伸性能,隨著纖維素含量的增加,材料的拉伸強度與模量也隨之提高。納米復(fù)合材料的熱解行為與納米蒙脫土的含量有關(guān)。納米復(fù)合材料的初始降解溫度低于納米纖維素薄膜的初始降解溫度,隨著納米蒙脫土含量的增多,材料的熱解后的剩余物的質(zhì)量不斷的提升,納米纖維素薄膜的剩余質(zhì)量為26%,而納米復(fù)合材料的剩余物質(zhì)量為30%到65%之間。納米復(fù)合材料主要有兩個降解峰,隨著納米蒙脫土含量的提高,納米復(fù)合材料第一個降解峰在往低溫度不斷的轉(zhuǎn)移,并且第一個降解峰變得明顯,并且峰的高度不斷增強。當(dāng)納米蒙脫土的含量為50%的時候,第一個降解峰和第二個降解峰有所重合,形成了一個肩峰。第一個熱解峰是在180°C和250°C之間,這個熱解峰為納米蒙脫土內(nèi)部的水分蒸發(fā)的熱解峰。第二個熱解峰在250°C和350°C之間,這個熱解峰為復(fù)合材料的主要熱解峰,即納米纖維素的熱解峰。使用Kissinger模型計算得出的活化能為從150到240,使用F=W=O和Modified Coats-Redfern兩種模型計算出的活化能值相似,范圍從180到290。后兩種模型計算值要高于使用Kissinger計算出的活化能,但是活化能變化趨勢是一致的,隨著納米蒙脫土含量的增高,材料的熱解活化能提高。(4)制備納米二氧化硅/納米二氧化硅復(fù)合材料。通過觀察發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的阻燃性能隨著納米二氧化硅的含量的增多稍微有所提高。對材料的熱解參數(shù)及活化能分析結(jié)果表明,隨著納米二氧化硅含量的增多,材料的活化能值增加,其熱解剩余物質(zhì)量也有所增加。納米纖維素復(fù)合材料的氧指數(shù)值為21.8,屬于易燃材料。當(dāng)納米二氧化硅的含量增加到20%時,納米復(fù)合材料的氧指數(shù)增長為24.2,屬于可燃材料。而材料的物理力學(xué)性能卻隨著納米二氧化硅添加量的增多而下降,納米纖維素材料的測量密度為1305kg/m3,當(dāng)納米二氧化硅的含量為20%時,納米復(fù)合材料的密度為1132.93 kg/m3。納米纖維素材料的拉伸強度和模量分為為120.98MPa和6.41GPa,當(dāng)納米二氧化硅的添加量增加到20%時,復(fù)合納米材料的拉伸強度僅為原始材料的1/3即43.99MPa。納米纖維素材料在24h后的最終飽和含水率為18%,隨著納米二氧化硅添加量的增多,材料的最終含水率不斷提高,當(dāng)納米二氧化硅含量為20%時,納米復(fù)合材料的最終含水率約26%。納米纖維素材料的表面潤濕度也隨著納米二氧化硅含量的增多而增大,納米材料接觸角的值為55.9°,納米二氧化硅的含量為50%,納米復(fù)合材料的表面接觸角值僅為納米纖維素值的1/2即為27°。
【關(guān)鍵詞】：木塑復(fù)合材料 耐久性 納米纖維素 納米纖維素-納米無機材料復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 致謝3-4
• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第一章 緒論15-30
• 1.1 木塑復(fù)合材料耐久性國內(nèi)外研究的發(fā)展概述15-20
• 1.1.1 木塑氣候老化16-19
• （1）太陽輻射對WPCs性能的影響16-19
• （2）水汽對WPCs性能的影響19
• 1.1.2 生物降解對WPCs性能的影響19-20
• 1.2 納米纖維素復(fù)合材料的發(fā)展概述20-23
• 1.2.1 納米纖維素薄膜的發(fā)展概述21-22
• 1.2.2 無機納米材料22
• 1.2.3 納米纖維素復(fù)合材料的發(fā)展概述22-23
• 1.3 研究目的及創(chuàng)新點23
• 1.4 研究思路與文章結(jié)構(gòu)23-26
• 參考文獻26-30
• 第二章 光穩(wěn)定劑對木塑復(fù)合材料抗紫外光老化性能影響的研究30-40
• 2.1 引言30
• 2.2 材料與方法30-33
• 2.2.1 材料30-32
• 2.2.2 試樣制備32
• 2.2.3 紫外老化實驗和顏色測量32
• 2.2.4 表面潤濕度32
• 2.2.5 彎曲性能測試32
• 2.2.6 掃描電鏡和表面形貌照片32-33
• 2.3 結(jié)果和討論33-37
• 2.3.1 表觀性能33-36
• （1）表面顏色33-34
• （2）表面微觀結(jié)構(gòu)34-36
• 2.3.2 表面潤濕性36-37
• 2.3.3 彎曲強度37
• 2.4 結(jié)論37-39
• 參考文獻39-40
• 第三章 光穩(wěn)定劑對木塑復(fù)合材料吸水性能影響的研究40-51
• 3.1 引言40
• 3.2 材料與方法40-43
• 3.2.1 材料40-41
• 3.2.2 試樣制備41-42
• 3.2.3 吸水和解吸實驗42
• 3.2.4 木塑復(fù)合材料形貌分析42
• 3.2.5 數(shù)據(jù)分析42-43
• 3.3 結(jié)果和分析43-48
• 3.3.1 WPCs的典型吸濕性能43-44
• 3.3.2 WPCs微觀結(jié)構(gòu)44
• 3.3.3 吸濕動力學(xué)44-46
• 3.3.4 WPCs的最終含水率和擴散系數(shù)46-47
• 3.3.5 與前期研究結(jié)果的對比分析47-48
• 3.4 結(jié)論48-49
• 參考文獻49-51
• 第四章 光穩(wěn)定劑和硼酸鋅復(fù)配對木塑復(fù)合材料耐久性影響的研究51-70
• 4.1 前言51-52
• 4.2 材料與方法52-55
• 4.2.1 材料52-53
• 4.2.2 試樣制備53
• 4.2.3 紫外老化實驗和表面色彩測試53-54
• 4.2.4 掃描電鏡54
• 4.2.5 表面潤濕性能54
• 4.2.6 表面基團測試54
• 4.2.7 彎曲性能測試54
• 4.2.8 吸水動力學(xué)54-55
• 4.3 結(jié)果和分析55-65
• 4.3.1 表面顏色55-57
• 4.3.2 表面微觀結(jié)構(gòu)57-58
• 4.3.3 表面潤濕性58-59
• 4.3.4 表面化學(xué)基團59-60
• 4.3.5 彎曲強度60-61
• 4.3.6 木塑復(fù)合材料吸水和解吸性能61-65
• （1）木塑復(fù)合材料吸水性能61-63
• （2）擴散系數(shù)63
• （3）木塑復(fù)合材料解吸性能63-65
• 4.4 結(jié)論65-67
• 參考文獻67-70
• 第五章 納米蒙脫土/納米纖維素復(fù)合材料的制備及性能分析70-82
• 5.1 引言70-71
• 5.2 材料和方法71-72
• 5.2.1 原材料以及納米材料的制備71
• 5.2.2 方法71-72
• 5.3 結(jié)果和討論72-79
• 5.3.1 納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)72-73
• 5.3.2 納米復(fù)合材料表面基團分析73-74
• 5.3.3 X射線衍射分析74-75
• 5.3.4 材料的阻燃性能75-76
• 5.3.5 納米復(fù)合材料的表面潤濕度76-78
• 5.3.6 拉伸強度78-79
• 5.4 結(jié)論79-80
• 參考文獻80-82
• 第六章 納米鈉離子蒙脫土/納米纖維素的復(fù)合材料的熱性能分析82-94
• 6.1 引言82
• 6.2 材料和方法82-84
• 6.2.1 原材料以及納米薄膜的制備82-83
• 6.2.2 方法83
• 6.2.3 數(shù)據(jù)分析83-84
• 6.3 結(jié)果和討論84-90
• 6.3.1 納米復(fù)合材料的的熱解過程84-85
• 6.3.2 不同升溫速率下納米復(fù)合材的降解曲線85-87
• 6.3.3 納米復(fù)合材料的熱降解參數(shù)87-89
• 6.3.4 活化能89-90
• 6.4 結(jié)論90-92
• 參考文獻92-94
• 第七章 納米二氧化硅/納米纖維素復(fù)合材料制備及性能分析94-109
• 7.1 引言94-95
• 7.2 材料和方法95-97
• 7.2.1 樣品制備95
• 7.2.2 制備方法95
• 7.2.3 測試方法95-97
• 7.3 結(jié)果和分析97-105
• 7.3.1 納米二氧化硅/納米纖維素復(fù)合材料的物理性能97-98
• 7.3.2 納米復(fù)合材料表面基團分析98-99
• 7.3.3 納米復(fù)合材料薄膜的熱解過程99
• 7.3.4 不同升溫速率下納米復(fù)合材料薄膜的熱解過程99-100
• 7.3.5 納米復(fù)合材料薄膜的熱解參數(shù)100-102
• 7.3.6 活化能102-103
• 7.3.7 納米復(fù)合材料的阻燃性能103-104
• 7.3.8 納米復(fù)合材料薄膜的吸水性能和表面潤濕性104-105
• 7.4 結(jié)論105-107
• 參考文獻107-109
• 第八章 總結(jié)論109-115
• 8.1 總結(jié)論109-114
• 8.2 未來的研究重點114-115

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10 馬紅杰;聚乳酸/納米二氧化硅原位復(fù)合材料的制備和性能[D];哈爾濱理工大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：木質(zhì)高分子復(fù)合材料的改性設(shè)計及性能評價，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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