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制浆造纸白泥与PVC发泡复合材料的研究

作　者: 郭伟强
导　师: 陈礼辉
学　校: 福建农林大学
专　业: 林产化学加工工程
关键词: 白泥 PVC 模压法复合材料化学发泡
分类号: TQ325.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

硬质聚氯乙烯发泡复合材料是近几年来发展的新型复合材料之一,具有质轻、难燃、不吸水、防腐、绝缘及良好的隔音、隔热性能等优点,广泛应用于家具、建材、室内装饰等领域,具有广阔的应用前景,是以塑代木的较好材料,对于保护森林资源、维护生态平衡具有深远的意义。本论文以改性白泥为填充剂、以PVC为基体,研究开发出白泥/PVC发泡复合材料。论文对白泥的球磨工艺、复合材料热压工艺的优化、发泡剂AC用量的优化、表面改性剂铝酸酯用量的优化、白泥用量的优化、复合材料界面结合效果等方面进行了较深入的研究。论文进行了白泥球磨工艺的研究,分析热压时间和热压温度对白泥/PVC发泡复合材料密度及力学性能的影响。白泥的最佳球磨时间为60min,此时白泥的粒径均匀,平均粒径为3.45μm。在热压时间14min时,白泥/PVC发泡复合材料的密度最小,比冲击强度、比拉伸强度及比弯曲强度均为最大值;在热压温度187℃时,白泥/PVC发泡复合材料的比冲击强度、弯曲强度以及比弯曲强度均为最大值,综合性能较好、密度较低。优化出最佳热压工艺条件为:热压时间14min,热压温度187℃。论文研究了发泡剂AC用量对白泥/PVC发泡复合材料密度及力学性能的影响。ZnO/Zn(St)2用作活化剂,能使发泡剂AC的分解温度降低到183℃,从而适合PVC发泡。白泥/PVC发泡复合材料的比冲击强度、比拉伸强度及比弯曲强度随着AC用量的增加而呈先升后降的趋势,且在0.5phr时均为最大值。观察不同AC用量时的SEM照片,发现0.5phr时白泥/PVC发泡复合材料的发泡效果最好,其泡孔比较规则、分布比较均匀;而在AC用量低于0.5phr时,复合材料的泡孔形状很不规则且分布不均匀;在AC用量高于0.5phr时,复合材料的泡孔容易破裂而形成大孔且泡孔分布很不均匀。综合考虑,优化出最佳AC用量为0.5phr。论文研究了表面改性剂铝酸酯用量对白泥/PVC发泡复合材料密度及力学性能的影响。结果表明,白泥/PVC发泡复合材料的密度、各项力学性能均随着铝酸酯用量的增加而呈先升后降的变化趋势。当铝酸酯用量为0.5%时,复合材料的密度最小,冲击强度及其比强度、弯曲强度及其比强度最大,综合性能较好。综合考虑成本与性能,优化出最佳铝酸酯用量为0.5%。相对于未改性白泥,用0.5%铝酸酯改性的白泥的加工性能得到很大改善,与PVC的混合物的加工性能指标为:最大扭矩为42.3 N.m,平衡扭矩为31.1 N.m,塑化时间为90s,熔融温度为179℃。论文研究了白泥用量对白泥/PVC发泡复合材料力学性能的影响。结果表明,白泥/PVC发泡复合材料的各项力学性能都随着白泥用量的增加而呈先升后降的变化趋势。在白泥用量20phr时,复合材料的冲击强度及其比强度分别比未填充PVC材料高71%、31%。;复合材料的拉伸强度、弯曲强度及其比强度分别比未填充PVC材料高23.7%、33.9%、2.5%。综合考虑复合材料的成本与性能,优化出最佳白泥用量为20phr。在PVC100phr、改性白泥用量20phr,AC用量0.5phr,铝酸酯用量0.5%,热压时间14min、热压温度187℃时,开发出的白泥/PVC发泡复合材料主要性能指标为密度0.85 g.cm-3,冲击强度35.42KJ.m-2,比冲击强度41.67KJ.m-2.(g.cm-3)-1,拉伸强度20.38MPa,比拉伸强度23.98MPa. (g.cm-3)-1,弯曲强度90.53 MPa,比弯曲强度106.50MPa. (g.cm-3)-1。论文分别用定性和定量的方法来分析白泥/PVC发泡复合材料的界面结合效果。首先,分析改性白泥的红外光谱图,发现在2960～2850cm-1附件出现一组的C-H伸缩振动吸收峰,认为是由铝酸酯中长链烷基引起的;分析白泥的热失重曲线,发现未改性白泥与改性白泥的变化趋势基本一致,且改性白泥的热失重比未改性白泥的要大;分析白泥的接触角情况发现,相对于未改性白泥,改性白泥对水的接触角较大,而对液体石蜡的接触角较小;分析白泥的吸油值,发现白泥吸油值随铝酸酯用量的增加而不断降低。这些都说明了改性白泥表面自由能降低,容易与PVC基体结合。另外,分别用界面作用参数B值和界面解键角θ值来定量分析白泥/PVC发泡复合材料的界面结合效果。结果显示,B值随铝酸酯用量的增加而先升后降,在铝酸酯用量0.5%时,B值最大,比未改性时高237.7%;θ值随铝酸酯用量的增加而先降后升,在铝酸酯用量0.5%时,θ值最小,比未改性时低95.6%,都说明了0.5%时改性白泥与PVC间的界面结合最好。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-12
第一章绪论  12-26
  1.1 研究背景  12
  1.2 造纸白泥的来源及研究现状  12-15
    1.2.1 造纸白泥的产生与主要成分  12-13
    1.2.2 造纸白泥综合利用研究与开发中的问题  13-15
  1.3 热塑性塑料发泡复合材料的研究概况  15-19
    1.3.1 PVC 发泡材料的发展  15-17
    1.3.2 无机粒子填充改性热塑性发泡塑料  17-18
    1.3.3 PVC 发泡材料的成型方法  18-19
  1.4 复合材料的界面研究  19-23
    1.4.1 白泥的表面改性  19-21
    1.4.2 复合材料界面的力学性能表征  21-23
  1.5 本论文研究的意义及主要研究内容  23-26
    1.5.1 本论文研究的意义  23-24
    1.5.2 本研究课题的来源及主要研究内容  24-26
第二章热压工艺对白泥/PVC 发泡复合材料的影响  26-39
  2.1 实验原料及方法  26-28
    2.1.1 实验原料  26
    2.1.2 实验仪器  26-27
    2.1.3 实验方法  27
    2.1.4 制备工艺  27-28
  2.2 结果与讨论  28-37
    2.2.1 制浆造纸白泥的粉碎处理  28-29
    2.2.2 热压时间对发泡复合材料性能的影响  29-33
    2.2.3 热压温度对发泡复合材料性能的影响  33-37
  2.3 本章小结  37-39
第三章发泡剂用量对白泥/PVC 发泡复合材料的影响  39-49
  3.1 实验原料及方法  39-41
    3.1.1 实验原料  39
    3.1.2 实验仪器  39-40
    3.1.3 实验方法  40-41
  3.2 结果与讨论  41-47
    3.2.1 活化剂对AC 分解温度的影响  41-42
    3.2.2 AC 用量对发泡复合材料性能的影响  42-45
    3.2.3 AC 用量对发泡复合材料泡孔结构的影响  45-47
  3.3 本章小结  47-49
第四章表面改性剂对白泥/PVC 发泡复合材料的影响  49-56
  4.1 实验原料及方法  49-50
    4.1.1 实验原料  49
    4.1.2 实验仪器  49-50
    4.1.3 实验方法  50
  4.2 结果与讨论  50-55
    4.2.1 铝酸酯用量对发泡复合材料性能的影响  50-54
    4.2.2 铝酸酯表面改性对发泡复合材料加工性能的影响  54-55
  4.3 本章小结  55-56
第五章白泥用量对白泥/PVC 发泡复合材料的影响  56-63
  5.1 实验原料及方法  56-57
    5.1.1 实验原料  56
    5.1.2 实验仪器  56-57
    5.1.3 实验方法  57
  5.2 结果与讨论  57-62
    5.2.1 白泥用量对发泡复合材料密度的影响  57-58
    5.2.2 白泥用量对发泡复合材料力学性能的影响  58-62
  5.3 本章小结  62-63
第六章白泥/PVC 发泡复合材料的界面研究  63-72
  6.1 实验原料及方法  63-65
    6.1.1 实验原料  63
    6.1.2 实验仪器  63-64
    6.1.3 实验方法  64-65
  6.2 结果与讨论  65-71
    6.2.1 白泥/PVC 发泡复合材料界面改性分析  65-68
    6.2.2 白泥/PVC 发泡复合材料的界面作用参数B 与解键角θ  68-71
  6.3 本章小结  71-72
结论  72-75
参考文献  75-80
致谢  80

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