秸稈纖維/紅粘土/聚丙烯三元復(fù)合發(fā)泡材料的制備及應(yīng)用

【摘要】：二十一世紀(jì),全球經(jīng)濟(jì)處于高速發(fā)展的階段,工業(yè)、交通運(yùn)輸事業(yè)等的發(fā)展日益增加。與此同時(shí),人類(lèi)的生活環(huán)境因發(fā)展所受到污染也不斷地倍增。目前,噪聲污染已同水污染、空氣污染一起被公認(rèn)為當(dāng)今世界的三大公害。其中噪音污染不僅嚴(yán)重危害人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng),損害心血管等問(wèn)題,甚至對(duì)優(yōu)生優(yōu)育也有不同程度的影響。近年來(lái)高分子多孔吸音材料以其優(yōu)異的吸聲性能越來(lái)越受到人們的青睞。其中,聚丙烯發(fā)泡材料(PP)以其低密度、良好的耐熱性能、力學(xué)性能、和良好的環(huán)境適應(yīng)性等特點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用在在包裝、汽車(chē)、熱絕緣、建筑吸音等領(lǐng)域。 本文對(duì)秸稈填充PP發(fā)泡復(fù)合材料的制備工藝和性能進(jìn)行了探索研究。通過(guò)在PP基體中依次填充60目、100目、200目的秸稈微粉,分別采用了微波輻射接枝、鈦酸酯偶聯(lián)劑和硅烷偶聯(lián)劑處理等三種途徑來(lái)改善秸稈與PP之間的界面相容性,并加入少量紅粘土提高發(fā)泡成核能力。本實(shí)驗(yàn)首先將發(fā)泡劑偶氮二甲酰胺(AC),助發(fā)泡劑氧化鋅,秸稈纖維,PP以及各種添加劑在雙輥開(kāi)煉機(jī)上充分共混均勻,嚴(yán)格控制混合溫度和時(shí)間,然后在平板硫化機(jī)上發(fā)泡成型,制得紅粘土/秸稈/聚丙烯復(fù)合型吸音發(fā)泡材料,最后將所得樣品進(jìn)行斷面微觀形貌分析和各種性能測(cè)試。 研究結(jié)果表明： (1)通過(guò)對(duì)秸稈纖維和復(fù)合發(fā)泡材料進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察,可以看到未經(jīng)處理的秸稈纖維表面光滑平整,經(jīng)微波、偶聯(lián)劑改性處理的植物纖維形成了較多微孔,并且表面凹凸不平,這種結(jié)構(gòu)可以增加聲波與孔隙壁發(fā)生二次或者多次非彈性碰撞,使聲波的能量損失較多,有利于吸聲；當(dāng)添加3份發(fā)泡劑(AC)時(shí),未處理的秸稈/PP復(fù)合材料的孔徑不均勻,而且為不規(guī)則的多邊形結(jié)構(gòu)；而經(jīng)改性處理的秸稈/PP復(fù)合材料則能得到不規(guī)則的孔徑均勻的泡孔；在秸稈/聚丙烯復(fù)合材料中加入一定量的紅粘土后,孔徑縮小,而泡孔密度增大,并且呈不規(guī)則形貌,而當(dāng)添加3份紅粘土?xí)r,孔徑則趨于均勻。 (2)對(duì)復(fù)合發(fā)泡材料表觀密度和吸水率分析表明：隨著發(fā)泡劑用量從1份增加到5份,復(fù)合發(fā)泡材料的表觀密度先減小后增加,而吸水率呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)。當(dāng)AC發(fā)泡劑含量為3份時(shí),復(fù)合發(fā)泡材料的表觀密度達(dá)到最低；隨著未改性秸稈纖維含量從0份增加到50份,復(fù)合發(fā)泡材料密度呈先下降后上升,而未改性秸稈/聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料的吸水率則呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)。當(dāng)未改性秸稈纖維組份為30份時(shí),秸稈/聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料的表觀密度最低為0.4827g/cm3；秸稈目數(shù)為200目時(shí)發(fā)泡材料的吸水率最小；經(jīng)過(guò)改性處理后,復(fù)合發(fā)泡材料吸水率下降,其中鈦酸酯偶聯(lián)劑改性的秸稈/聚丙烯復(fù)合材料吸水率最低,為1.74%；隨著紅粘土組份從0份增加到5份,紅粘土/秸稈/聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料的表觀密度不斷上升,最高達(dá)到0.5196g/cm3。 (3)對(duì)復(fù)合發(fā)泡材料吸聲系數(shù)測(cè)試分析表明：隨發(fā)泡劑用量從1份增加到5份,發(fā)泡復(fù)合材料的吸聲性能在低頻改善不明顯,高頻改善則較為明顯。當(dāng)發(fā)泡劑含量為3份的時(shí)改善效果最好,隨著秸稈纖維含量從0份增加到50份,吸聲系數(shù)在低頻范圍稍有提高,而在中高頻(2000-4000Hz)效果更為明顯,其中秸稈目數(shù)為100目時(shí)候,秸稈組份為30份是對(duì)中高頻吸聲效果更好,最高吸聲系數(shù)可以達(dá)到0.35。而經(jīng)鈦酸酯聯(lián)劑改性后秸稈/聚丙烯復(fù)合材料吸聲性能更加優(yōu)越,其最高吸聲系數(shù)提高到0.55。添加紅粘土后,秸稈/PP復(fù)合發(fā)泡材料在中低頻吸聲效果改善并不明顯,而在高頻區(qū),則表現(xiàn)出較好的效果,當(dāng)添加3份紅粘土?xí)r,最大吸聲系數(shù)增大至0.61,約為秸稈/聚丙烯復(fù)合材料的兩倍；而紅粘土分別經(jīng)過(guò)KH550和鈦酸酯偶聯(lián)劑改性后,紅粘土/秸稈/PP復(fù)合發(fā)泡材料在低、中、高頻范圍內(nèi)吸聲系數(shù)基本不變。 (4)隨著秸稈纖維含量從0份增加到50份,聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料的拉伸性能和沖擊性能有所下降,但下降幅度不大,基本上能保持較好的力學(xué)性能；經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑改性處理后的秸稈/聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料的拉伸性能較未處理的秸稈/聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料有不同程度的提高,其中經(jīng)過(guò)KH550處理后的聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料增強(qiáng)效果最好,拉伸強(qiáng)度從未改性處理時(shí)的16.83MPa提高到20.11MPa,提高了19.5%；紅粘土的加入對(duì)復(fù)合材料的拉伸性能也有一定的影響,當(dāng)紅粘土添加量0～5份時(shí),隨著投入量的增加,拉伸性能也逐漸從16.83MPa提高至18.61MPa,有10.6%的提高。 總體上,通過(guò)添加秸稈纖維不僅可以降低復(fù)合材料的表觀密度,還可以提高聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料的中高頻吸聲性能。而微波、偶聯(lián)劑的處理秸稈纖維,不僅提高了秸稈復(fù)合發(fā)泡材料的中高頻吸聲系數(shù),而且也提高了復(fù)合發(fā)泡材料的拉伸性能。我們首次采用添加適量的超細(xì)紅粘土,有利于秸稈/PP復(fù)合材料的發(fā)泡成核,得到更高泡孔密度的吸音材料,且力學(xué)性能也有所改善。本研究利用植物纖維與高分子材料復(fù)合制備出高效吸聲材料,能減少石油化工材料的利用,并且復(fù)合發(fā)泡材料的可降解,對(duì)環(huán)境友好,植物纖維復(fù)合發(fā)泡材料在功能高分子領(lǐng)域有巨大的研究?jī)r(jià)值。 【關(guān)鍵詞】：秸稈纖維 偶聯(lián)劑改性 聚丙烯 紅粘土 吸聲系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TB332
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 前言10-26
• 1.1 吸聲材料概述10-12
• 1.1.1 多孔吸聲材料分類(lèi)10-11
• 1.1.2 多孔吸聲材料吸聲機(jī)理11-12
• 1.1.3 吸聲系數(shù)12
• 1.2 聚丙烯基泡沫吸聲材料12-15
• 1.2.1 聚丙烯泡沫性能12-13
• 1.2.2 聚丙烯改性13-15
• 1.3 植物纖維的組成對(duì)復(fù)合材料性能的影響15-18
• 1.3.1 植物纖維的組成與結(jié)構(gòu)15-16
• 1.3.2 提高植物纖維復(fù)合材料界面相容性途徑16-18
• 1.4 紅粘土18-19
• 1.4.1 紅粘土的微結(jié)構(gòu)18-19
• 1.4.2 紅粘土的組成及特性19
• 1.5 泡沫塑料發(fā)泡成核理論19-21
• 1.5.1 經(jīng)典成核理論20
• 1.5.2 熱點(diǎn)成核理論20-21
• 1.5.3 剪切成核理論21
• 1.6 聚丙烯泡沫塑料的應(yīng)用21-23
• 1.6.1 包裝材料21-22
• 1.6.2 汽車(chē)零部件22
• 1.6.3 保溫材料22
• 1.6.4 建筑22-23
• 1.7 本研究的思路、內(nèi)容與擬解決的問(wèn)題23-26
• 1.7.1 本研究的思路23
• 1.7.2 本研究的主要內(nèi)容23-24
• 1.7.3 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題24-26
• 2 實(shí)驗(yàn)部分26-32
• 2.1 原材料26
• 2.2 主要設(shè)備和儀器26-27
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法27
• 2.4 秸稈纖維的改性處理及復(fù)合材料的制備27-29
• 2.4.1 秸稈纖維的改性處理27-28
• 2.4.2 紅粘土的處理28-29
• 2.4.3 復(fù)合發(fā)泡材料的制備29
• 2.5 測(cè)試表征29-32
• 2.5.1 透射電鏡掃描測(cè)試分析29
• 2.5.2 掃描電鏡(SEM)測(cè)試分析29
• 2.5.3 表觀密度測(cè)試分析29-30
• 2.5.4 吸水率測(cè)試分析30
• 2.5.5 駐波管法吸聲系數(shù)測(cè)試分析30-31
• 2.5.6 力學(xué)性能測(cè)試分析31-32
• 3 結(jié)果與討論32-54
• 3.1 秸稈對(duì)聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響32-43
• 3.1.1 秸稈/聚丙烯發(fā)泡材料中的微觀結(jié)構(gòu)32-34
• 3.1.2 秸稈含量對(duì)聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料表觀密度的影響34-35
• 3.1.3 秸稈對(duì)聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料吸水率的影響35-37
• 3.1.4 秸稈對(duì)聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料吸聲性能的影響37-40
• 3.1.5 秸稈對(duì)聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料的力學(xué)性能影響40-43
• 3.2 發(fā)泡劑含量對(duì)秸稈/聚丙烯復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及性能影響43-47
• 3.2.1 發(fā)泡劑含量對(duì)秸稈/聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料泡孔形態(tài)的影響43-44
• 3.2.2 發(fā)泡劑含量對(duì)秸稈/聚丙烯復(fù)合材料表觀密度的影響44-45
• 3.2.3 發(fā)泡劑對(duì)秸稈/聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料吸水率的影響45-46
• 3.2.4 發(fā)泡劑對(duì)復(fù)合材料吸聲系數(shù)的影響46-47
• 3.3 紅粘土對(duì)秸稈/聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料微觀結(jié)構(gòu)與性能的影響47-54
• 3.3.1 紅粘土的微觀結(jié)構(gòu)47
• 3.3.2 紅粘土對(duì)秸稈/聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)影響47-48
• 3.3.3 紅粘土對(duì)聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料表觀密度的影響48-49
• 3.3.4 紅粘土對(duì)聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料吸水率的影響49-51
• 3.3.5 紅粘土對(duì)聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料吸聲性能的影響51-53
• 3.3.6 紅粘土聚丙烯復(fù)合發(fā)泡材料力學(xué)性能的影響53-54
• 4 結(jié)論與展望54-57
• 4.1 結(jié)論54-55
• 4.2 創(chuàng)新之處55-56
• 4.3 展望56-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 附錄一61-62
• 附錄二 術(shù)語(yǔ)說(shuō)明62-63
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研成果63-64
• 致謝64

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大豆秸稈纖維物理化學(xué)及機(jī)械打漿特性的試驗(yàn)研究    李麗霞;陳海濤;周成;

輻射交聯(lián)高分子材料產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)展    張聰;

聚氨酯發(fā)泡快速穩(wěn)定路基回填料的試驗(yàn)研究    韋灼彬;彭全敏;王鐵成;高屹;

聚丙烯改性及其發(fā)泡性能研究    李彥;姚臻;邱少龍;陳振華;曾長(zhǎng)春;曹堃;

EVA發(fā)泡材料市場(chǎng)成長(zhǎng)勢(shì)頭不減    王昕

湖北支持塑料泡沫企業(yè)擴(kuò)能支援災(zāi)區(qū)    海文

日本古董商的“實(shí)誠(chéng)”    漢青

湖北支持塑料泡沫企業(yè)擴(kuò)能    胡愛(ài)民

聚異氰脲酸酯發(fā)泡材料應(yīng)用擴(kuò)大    張小英

宏偉協(xié)志新產(chǎn)品橫空出世，轟動(dòng)業(yè)界    謝培霞

力諾瑞特與美國(guó)Honeywell攜手共建太陽(yáng)能綠色環(huán)保世界    張瑋

植物纖維發(fā)泡材料制品緩沖特性    吳其葉

各方積極“會(huì)診”查找“元兇”    記者 歐福泰 實(shí)習(xí)生 張彬

秸稈纖維乙醇產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收    記者 尹江勇

EVA/POE/EPDM/OMMT納米復(fù)合發(fā)泡材料的制備與性能研究    鄧富泉

芐叉縮醛化合物的固相合成及其在聚丙烯中的成核作用研究    周軍

高品質(zhì)化學(xué)發(fā)泡聚烯烴材料的制備及其斷裂行為的研究    張純

高效分離裂解碳五環(huán)戊二烯制取聚丙烯成核劑技術(shù)研究    蔡智

不同聚丙烯發(fā)泡體系的擠出發(fā)泡行為研究    王向東

反應(yīng)擠出法制備發(fā)泡用高熔體強(qiáng)度聚丙烯的研究    楊淑靜

聚乙烯（PE）導(dǎo)電泡沫復(fù)合材料電性能的研究    李繼新

秸稈纖維乙醇技術(shù)工程化及技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究    任天寶

木材纖維基超輕質(zhì)材料的阻燃性能及機(jī)理研究    劉景宏

淀粉/玉米秸稈纖維復(fù)合材料的制備及仿生層構(gòu)板材    張伏

秸稈纖維/紅粘土/聚丙烯三元復(fù)合發(fā)泡材料的制備及應(yīng)用    孫蓉

乙烯—丁烯共聚物發(fā)泡材料的制備及其結(jié)構(gòu)與性能的研究    楊帆

三元乙丙橡膠發(fā)泡材料的研究    翟麗

三元乙丙橡膠發(fā)泡材料的制備及阻尼性能研究    劉璐

聚乙烯共混發(fā)泡材料的制備及性能研究    張文華

丙烯酸酯橡膠發(fā)泡材料的制備和性能研究    鄒倩

沙柳液化產(chǎn)物制備發(fā)泡材料的工藝與性能的研究    趙巖

廢紙纖維發(fā)泡材料的配方優(yōu)化及微波發(fā)泡工藝研究    張惠瑩

淀粉類(lèi)生物聚合物的擠壓加工與環(huán)境友好型發(fā)泡材料的制備    王斌

聚丙烯超臨界CO_2發(fā)泡工藝及性能研究    繆長(zhǎng)禮