農(nóng)作物秸稈纖維/脫硫石膏復合材料的制備與性能研究

【摘要】：目前,國內(nèi)工業(yè)副產(chǎn)物脫硫石膏和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物農(nóng)作物秸稈的排放量仍逐年增大,但是兩者的綜合利用率卻很低,脫硫石膏多以堆場堆棄的方式,農(nóng)作物秸稈多以露天焚燒的方式進行簡單處理,既占用大量土地,又造成環(huán)境污染。脫硫石膏可經(jīng)低溫煅燒形成具有膠凝性的脫硫建筑石膏,農(nóng)作物秸稈也可經(jīng)處理得到具有增強效果的纖維。因此,本課題針對當前農(nóng)作物秸稈和脫硫石膏利用率低的現(xiàn)狀,制備了一種農(nóng)作物秸稈纖維/脫硫石膏復合材料,并對復合材料的性能進行深入研究,旨在將其應用于新型墻材領域,實現(xiàn)工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物的建材資源化利用。 本文主要研究內(nèi)容包括:對農(nóng)作物秸稈進行預處理,初步確定纖維制備工藝,制得農(nóng)作物秸稈纖維;研究了不同摻加方式對農(nóng)作物秸稈纖維在復合材料中分散性及其對復合材料力學性能的影響;研究了農(nóng)作物秸稈纖維尺寸、摻量和種類等因素對復合材料力學性能和耐水性能的影響效果;對農(nóng)作物秸稈纖維進行表面改性處理,研究了不同改性方案下,農(nóng)作物秸稈纖維對復合材料性能的影響,探討了改性機理;利用不同摻加材料,對復合材料的基體進行改性,分析了摻加材料的作用機理;分析探討了農(nóng)作物秸稈纖維對復合材料的的增強機理。 試驗研究表明,采用后摻法的纖維摻加方式,即將脫硫建筑石膏先與水混合攪拌制成料漿后,再向其中摻入農(nóng)作物秸稈纖維繼續(xù)混合攪拌,纖維在基體中的分散性較好;當棉稈纖維長度在5~8mm、摻量為5%時,或是當麥秸纖維長度在4~8mm、寬度在0.7~1mm、摻量為3%時,對應復合材料試樣的力學性能有一定程度的提高。 農(nóng)作物秸稈纖維表面光滑、自身易吸水,摻入復合材料試樣中與基體的界面結合較弱,試樣力學性能仍不能充分發(fā)揮,并對吸水率和軟化系數(shù)都有不利影響,因此需要對纖維進行表面改性處理。農(nóng)作物秸稈纖維分別經(jīng)堿處理、堿處理+物理包覆、堿處理+化學包覆等方案改性處理后,纖維表面粗糙度明顯提高,纖維與基體之間的界面結合更為緊密,試樣力學性能和耐水性能都有不同程度的提高。 脫硫石膏基體材料存在強度低、易吸水、浸水后強度損失大等問題,通過分別摻加萘系減水劑、可再分散乳膠粉和水硬性摻合料,研究各摻加材料對復合材料基體的改性效果。試驗研究表明,萘系減水劑的較優(yōu)摻量范圍在0.7~0.9%,可再分散乳膠粉的較優(yōu)摻量為3%,粉煤灰較優(yōu)組分配比為20%。 分析探討了農(nóng)作物秸稈纖維的增強機理,農(nóng)作物秸稈纖維在復合材料中可提高試樣抗折、抗壓強度,其增強效果取決于纖維的分散性、摻量、尺寸、種類及在基體中的取向等因素。一般情況下,纖維分散性越好,纖維尺寸越小,纖維的彈性越好,對復合材料的增強效果越好;纖維摻量增大可提高強度,但是摻量過大,纖維分散性降低,纖維間易纏結造成局部應力集中,反而使強度降低。 【關鍵詞】：農(nóng)作物秸稈纖維 脫硫石膏 表面改性 基體改性
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TQ177.37
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 本課題研究背景12-13
• 1.2 農(nóng)作物秸稈的研究與應用現(xiàn)狀13-14
• 1.3 脫硫石膏的研究與應用現(xiàn)狀14-16
• 1.4 纖維增強石膏基復合材料的研究與應用現(xiàn)狀16-19
• 1.5 本課題的提出及可行性分析19-22
• 1.5.1 農(nóng)作物秸稈纖維的性能特點19-20
• 1.5.2 脫硫石膏的性能特點20-22
• 1.6 研究目的與研究內(nèi)容22-24
• 1.6.1 研究目的與意義22-23
• 1.6.2 研究內(nèi)容23-24
• 1.7 創(chuàng)新點24-25
• 第二章 試驗原料、儀器及方法25-32
• 2.1 試驗原料25-27
• 2.1.1 農(nóng)作物秸稈25
• 2.1.2 脫硫石膏25-26
• 2.1.3 纖維表面改性劑26
• 2.1.4 其他摻加材料26-27
• 2.2 試驗儀器27-28
• 2.3 試驗方案與測試方法28-32
• 2.3.1 試驗方案28
• 2.3.2 基本性能測試方法28-32
• 第三章 農(nóng)作物秸稈纖維/脫硫石膏復合材料制備研究32-43
• 3.1 農(nóng)作物秸稈纖維的加工方法32-34
• 3.1.1 棉稈纖維的加工方法32-33
• 3.1.2 麥秸纖維的加工方法33-34
• 3.2 農(nóng)作物秸稈纖維摻加方式的確定34-36
• 3.3 農(nóng)作物秸稈纖維尺寸和摻量的確定36-42
• 3.3.1 纖維尺寸和摻量對復合材料力學性能的影響36-40
• 3.3.2 纖維摻量對復合材料耐水性能的影響40-42
• 3.4 本章小結42-43
• 第四章 復合材料的纖維表面改性研究43-51
• 4.1 農(nóng)作物秸稈纖維的表面改性方法43-44
• 4.1.1 堿處理法43
• 4.1.2 物理包覆法43-44
• 4.1.3 化學包覆法44
• 4.2 農(nóng)作物秸稈纖維表面改性對復合材料性能的影響44-49
• 4.2.1 試驗結果和分析44-45
• 4.2.2 微觀分析與機理探討45-49
• 4.3 本章小結49-51
• 第五章 復合材料的基體改性研究51-63
• 5.1 摻加材料選用原則分析51
• 5.2 萘系減水劑對復合材料性能的影響51-55
• 5.2.1 減水劑試驗設計與結果51-52
• 5.2.2 減水劑對標準稠度用水量的影響52-53
• 5.2.3 減水劑對力學性能的影響53
• 5.2.4 減水劑對耐水性能的影響53-54
• 5.2.5 作用機理分析54-55
• 5.3 可再分散乳膠粉對復合材料性能的影響55-58
• 5.3.1 試驗設計與結果55
• 5.3.2 可再分散乳膠粉對力學性能的影響55-56
• 5.3.3 可再分散乳膠粉對耐水性能的影響56
• 5.3.4 微觀形貌分析56-57
• 5.3.5 孔分析57-58
• 5.4 水硬性摻合料對復合材料性能的影響58-61
• 5.4.1 試驗設計與結果58
• 5.4.2 水硬性外摻料對復合材料力學性能的影響58-59
• 5.4.3 水硬性外摻料對復合材料耐水性能的影響59-60
• 5.4.4 微觀形貌分析60-61
• 5.5 本章小結61-63
• 第六章 農(nóng)作物秸稈纖維/脫硫石膏復合材料增強機理研究63-66
• 6.1 農(nóng)作物秸稈纖維的增強機理分析63-65
• 6.1.1 復合材料受力分析63-64
• 6.1.2 農(nóng)作物秸稈纖維的影響因素分析64-65
• 6.2 本章小結65-66
• 第七章 結論66-69
• 7.1 結論66-68
• 7.2 今后工作建議68-69
• 參考文獻69-73
• 致謝73-74
• 附錄74-75

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