環(huán)境友好型秸稈復(fù)合材料的制備與性能研究

【摘要】：使用農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈制成的秸稈纖維復(fù)合材料可以代替一部分實木材料,可有效地緩解我國的森林資源壓力,體現(xiàn)綠色環(huán)境友好型材料的理念。在我國面臨的資源短缺和生態(tài)環(huán)境日益惡劣的背景下,低碳減排的要求被越來越重視,SPC作為一個新興的綠色環(huán)保產(chǎn)品,引起了各國學(xué)者的研究興趣,但仍然未取得重大成果,這將是建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的一個分支方向。由于秸稈表面有一層二氧化硅和蠟質(zhì)層,影響了膠黏劑對其表面的潤濕。未經(jīng)處理的纖維具有吸濕性和較強(qiáng)的極性,使其與非極性樹脂間界面潤濕性、粘結(jié)性變差,隨著時間推移會發(fā)生剝落。本文著重討論了三種處理方法對秸稈纖維復(fù)合材料相容性及力學(xué)性能的影響與表征。通過對秸稈纖維/LDPE體系內(nèi)加入相容劑,使得秸稈纖維的分散狀況與秸稈纖維與樹脂的纏結(jié)情況發(fā)生了轉(zhuǎn)變。復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了一定的改善。通過實驗室流變儀手段,對復(fù)合材料熔體的流變行為進(jìn)行研究分析得出,秸稈纖維與相容劑會使得體系內(nèi)部構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜結(jié)構(gòu),使得體系松弛時間增大分子鏈松弛更困難。當(dāng)秸稈纖維填充量過大的時候,相容劑可以大大減小基體分子鏈的松弛時間,由405 s降低到214 s。堿脲分離型預(yù)處理秸稈纖維的處理方法,能夠較好地除去秸稈纖維表面的蠟質(zhì)層,打斷秸稈內(nèi)部纏結(jié)的纖維素大分子,溶出內(nèi)部的木質(zhì)素和灰分。在一定范圍內(nèi),增強(qiáng)了秸稈纖維與MDI膠黏劑的膠結(jié)強(qiáng)度,沖擊強(qiáng)度由1200 J/m2提高到2036 J/m2;彎曲強(qiáng)度由3.78 MPa提升到9.86 MPa。對于樹脂體系來說,洗凈的堿脲分離型秸稈纖維降低了樹脂基體的結(jié)晶度,而未除去堿脲小分子的秸稈纖維樣品卻提升了樹脂基體的結(jié)晶度,從而影響了復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能。廢舊報紙經(jīng)過預(yù)處理后得到纖維素含量極高的回收纖維素纖維,回收纖維素具有較大的長徑比,較高的結(jié)晶度,密度小,不易分散容易自纏結(jié)?；厥绽w維素與秸稈纖維復(fù)配為纖維填料,與MDI膠黏劑壓制成的板材,彎曲模量提高了30%,彎曲強(qiáng)度增加了100%,沖擊強(qiáng)度增加了40%。經(jīng)過苯乙烯單體包覆的MDI纖維板體系,吸水厚度膨脹率下降為原來的0.6倍,苯乙烯添加量為7 wt%時MDI纖維板的性能最優(yōu)?；厥绽w維素含量為2 wt%時樹脂復(fù)合樣品的物理性能最優(yōu)。植物纖維的加入會促進(jìn)樹脂基體分子鏈的異相成核作用,結(jié)晶速率較HDPE大,并且在回收纖維素為2 wt%時,異相成核作用更明顯,且加速了樹脂基體分子鏈的結(jié)晶行為。 【關(guān)鍵詞】：秸稈纖維復(fù)合材料 相容劑 流變行為 堿脲分離預(yù)處理 回收纖維素
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ914.3;TB33
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 引言12-21
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 秸稈纖維復(fù)合材料的原料13-15
• 1.2.1 聚乙烯13
• 1.2.2 秸稈纖維13-14
• 1.2.3 回收纖維素纖維14
• 1.2.4 相容劑14
• 1.2.5 MDI膠黏劑14-15
• 1.3 提高秸稈/樹脂相容性的方法15-20
• 1.3.1 物理處理方法15-16
• 1.3.2 化學(xué)處理方法16-17
• 1.3.3 化學(xué)-物理聯(lián)用方法17-18
• 1.3.4 生物處理方法18-19
• 1.3.5 添加界面相容劑19-20
• 1.4 論文研究的內(nèi)容及意義20-21
• 第2章 實驗部分21-28
• 2.1 實驗原料21
• 2.2 實驗儀器21-22
• 2.3 實驗方法22-24
• 2.3.1 秸稈纖維的預(yù)處理22
• 2.3.2 試樣的制備22-24
• 2.4 性能測試24-28
• 2.4.1 缺口沖擊24
• 2.4.2 彎曲性能24-25
• 2.4.3 流變性能25-26
• 2.4.4 示差掃描量熱儀26
• 2.4.5 偏光顯微鏡26-27
• 2.4.6 掃描電鏡測試27
• 2.4.7 吸水厚度膨脹率27-28
• 第3章 LDPE/秸稈纖維復(fù)合材料的線性粘彈性研究28-42
• 3.1 流變研究的背景28-29
• 3.2 流變分析29-41
• 3.2.1 秸稈形貌分析29
• 3.2.2 沖擊斷面分析29-30
• 3.2.3 機(jī)械性能分析30-31
• 3.2.4 相容劑和LDPE的纏結(jié)情況分析31
• 3.2.5 應(yīng)力掃描31-32
• 3.2.6 頻率掃描32-34
• 3.2.7 柯爾圖分析34-36
• 3.2.8 Cross方程擬合分析36-39
• 3.2.9 多重松弛譜圖39-41
• 3.3 小結(jié)41-42
• 第4章 堿脲分離型復(fù)合材料的性能研究42-54
• 4.1 堿脲預(yù)處理對秸稈纖維的影響42-45
• 4.1.1 秸稈形貌變化43-44
• 4.1.2 紅外光譜圖分析44-45
• 4.2 堿脲分離型MDI復(fù)合材料的研究45-48
• 4.2.1 物理性能45-46
• 4.2.2 防水性能46-47
• 4.2.3 接觸角47
• 4.2.4 MDI復(fù)合材料沖擊斷面分析47-48
• 4.3 堿脲分離型樹脂/秸稈復(fù)合材料的研究48-53
• 4.3.1 物理性能49-50
• 4.3.2 結(jié)晶動力學(xué)研究50-51
• 4.3.3 秸稈纖維/樹脂復(fù)合材料的沖擊斷面分析51-53
• 4.4 小結(jié)53-54
• 第5章 回收纖維素對秸稈復(fù)合材料性能的影響54-69
• 5.1 紙纖維的性狀及其形貌特征54-55
• 5.2 回收纖維素對MDI復(fù)合材料的影響55-60
• 5.2.1 物理性能56-58
• 5.2.2 防水性能58-59
• 5.2.3 兩種樣品的斷面形貌分析59-60
• 5.3 回收纖維素對樹脂/秸稈復(fù)合材料的影響60-67
• 5.3.1 物理性能60-61
• 5.3.2 結(jié)晶動力學(xué)研究61-66
• 5.3.3 回收纖維素纖維對HDPE結(jié)晶行為的形貌觀察66-67
• 5.4 小結(jié)67-69
• 第6章 全文總結(jié)69-70
• 參考文獻(xiàn)70-76
• 致謝76-77
• 附錄77

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