学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

植物纤维表面改性及聚丙烯复合材料的研究

作　者: 张丽
导　师: 冯绍华
学　校: 青岛科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 植物纤维表面改性聚丙烯复合材料碱处理硅烷化处理
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 716次
引　用: 7次
阅　读: 论文下载

内容摘要

植物纤维／热塑性塑料复合材料是以塑料为基体，与植物纤维材料以不同途径复合形成的一种新型绿色环保材料。由于植物纤维是亲水的极性材料，而聚丙烯是疏水的非极性材料，两者的相容性较差。对植物纤维进行表面改性，降低其极性是改善两者相容性的有效途径之一。本文着重做了以下工作：将稻壳粉、甘蔗渣、硬杂木及竹粉分别进行了碱处理和硅烷化处理，其中碱处理包括不同处理时间(24h，48h，72h，96h)和不同处理浓度(10％，15％，20％，25％)，硅烷处理包括不同处理时间(24h，48h，72h，96h)，分别测定了纤维在处理前后的表面自由能和极性表面能并进行分析比较。实验结果表明：植物纤维经过碱处理和硅烷化处理后，纤维的极性表面自由能得以降低，并且碱处理的最佳时间是72h，最佳浓度是20％，硅烷化处理的最佳时间为72h。FTIR证实处理后的植物纤维表面-OH因不同程度地发生了反应而减少，从而使植物纤维极性降低。并从复合材料力学性能的宏观角度，将不同处理条件下植物纤维与聚丙烯复合，讨论了不同处理条件对复合材料性能的影响。对不同处理条件植物纤维／PP复合体系进行力学测试，实验结果表明：浓度为20％的NaOH溶液处理植物纤维72 h时复合材料的力学性能最佳；5％Al51甲醇溶液处理植物纤维72 h时复合材料的力学性能最佳。复合材料的拉伸强度，断裂伸长率，弯曲强度，冲击强度，熔体流动速率，硬度及维卡软化温度分别提高了5％，22％，5％，33％，42％，6％和2％。通过SEM观察复合材料冲击断面，从微观角度证实处理后的植物纤维在复合材料中的分布更加均匀，与树脂结合更好。研究了稻壳粉、甘蔗渣、硬杂木及竹粉四种植物纤维处理前后随着填充量的变化对复合材料的性能的影响。我们分别对碱处理和硅烷化处理的植物纤维／聚丙烯复合材料和未处理的植物纤维／聚丙烯复合材料进行了性能测试。实验结果表明：植物纤维的加入，使复合材料具有了更好的刚性，弯曲强度和硬度随植物纤维含量的增加明显增强，复合材料的吸水性随纤维含量的增加而增强，复合材料的耐热性改善，维卡软化温度升高；随植物纤维含量的增加，复合材料的拉伸强度和冲击强度下降，断裂伸长率下降，复合材料的流动速率减小。当植物纤维含量达40份时，复合材料的综合性能较好。经过处理的植物纤维／聚丙烯复合材料的力学性能、吸水性能、流动性能和热性能，相对于未经处理的植物纤维均有不同程度的提高，说明植物纤维的表面处理改善了其与聚丙烯的相容性。本文从植物纤维本身特性角度出发，探讨优化复合材料性能的方法。使用了润湿理论研究植物纤维的表面特性，通过Washburn动态法与杨氏方程的联合应用，计算出了植物纤维处理前后代表其极性的极性表面自由能的大小，达到预测植物纤维与聚丙烯相容性的作用，同时从宏观的角度对其结论进行验证，并且结论一致。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
符号说明  10-11
1 绪论  11-37
  1.1 引言  11-12
  1.2 植物纤维/热塑性塑料复合材料研究历史及发展现状  12
  1.3 植物纤维概论  12-17
    1.3.1 植物纤维的化学组成  12-15
    1.3.2 植物纤维的应用  15-17
  1.4 聚丙烯的性质及应用现状  17
  1.5 植物纤维/热塑性塑料复合技术的研究  17-28
    1.5.1 植物纤维/热塑性塑料复合问题的提出  17-18
    1.5.2 植物纤维/热塑性塑料复合材料研究的理论  18-19
    1.5.3 影响植物纤维/热塑性塑料复合材料性能的因素  19-21
    1.5.4 植物纤维/热塑性塑料复合材料界面相容性及其改善方法  21-28
  1.6 植物纤维/热塑性塑料复合复合材料制造的关键技术  28-29
  1.7 植物纤维/热塑性塑料复合材料挤出设备及成型工艺  29-30
    1.7.1 植物纤维/热塑性塑料复合材料挤出设备  29
    1.7.2 植物纤维/热塑性塑料复合材料挤出成型工艺  29-30
  1.8 植物纤维/热塑性塑料复合材料的性能特点及其用途  30-33
    1.8.1 植物纤维/热塑性塑料复合材料的优点  30-31
    1.8.2 植物纤维/热塑性塑料复合材料应用现状  31-33
  1.9 植物纤维/热塑性塑料复合材料的发展趋势  33-34
  1.10 植物纤维/热塑性塑料复合材料的研究方向展望  34
  1.11 本课题研究的意义、目的和内容  34-36
    1.11.1 本课题研究意义  34-35
    1.11.2 本课题研究目的  35
    1.11.3 本课题研究内容  35-36
  1.12 研究成果及创新点  36-37
2 实验部分  37-42
  2.1 实验原料  37
  2.2 实验仪器  37-38
  2.3 实验流程  38-39
    2.3.1 植物纤维表面改性研究  38
    2.3.2 植物纤维聚丙烯复合材料性能的研究  38-39
  2.4 实验方法  39
    2.4.1 植物纤维的表面处理方法  39
    2.4.2 复合材料的制备  39
  2.5 性能测试  39-42
    2.5.1 拉伸强度  39-40
    2.5.2 弯曲强度  40
    2.5.3 冲击强度  40
    2.5.4 邵氏硬度  40
    2.5.5 熔体流动速率  40
    2.5.6 维卡软化温度  40
    2.5.7 吸水性测试  40
    2.5.8 相态结构  40-41
    2.5.9 红外测试  41-42
3 植物纤维的表面改性研究  42-68
  3.1 引言  42
  3.2 实验原理  42-47
    3.2.1 固体表面自由能  42-44
    3.2.2 接触角  44-46
    3.2.3 测定植物纤维接触角实验方法  46-47
  3.3 实验结果与讨论  47-66
    3.3.1 未处理植物纤维的表面自由能的求取  47-53
    3.3.2 进行表面处理后植物纤维表面自由能情况  53-61
    3.3.3 碱处理和硅烷处理效果比较  61
    3.3.4 红外光谱分析  61-66
  3.4 本章小结  66-68
4 植物纤维不同表面处理条件对复合材料性能的影响  68-78
  4.1 引言  68
  4.2 基本配方设计  68
  4.3 结果与讨论  68-77
    4.3.1 碱处理植物纤维聚丙烯复合材料性能的影响  68-73
    4.3.2 硅烷化处理对植物纤维聚丙烯复合材料性能的影响  73-77
  4.4 本章小结  77-78
5 植物纤维/PP复合体系的研究  78-93
  5.1 引言  78
  5.2 基本配方设计  78
  5.3 结果分析与讨论  78-91
    5.3.1 植物纤维对复合材料力学性能的影响  78-86
    5.3.2 植物纤维对复合材料吸水性能的影响  86-87
    5.3.3 植物纤维对复合材料的流动性的影响  87-88
    5.3.4 植物纤维对复合材料的热性能的影响  88-89
    5.3.5 复合材料扫描电子显微镜(SEM)微观结构分析  89-91
  5.4 本章小结  91-93
结论  93-94
参考文献  94-99
附录1  99-101
附录2  101-103
致谢  103-104
攻读学位期间发表的学术论文目录  104-105

植物纤维表面改性及聚丙烯复合材料的研究

内容摘要

全文目录

相似论文