环境友好型秸秆复合材料的制备与性能研究

【摘要】：使用农业废弃物秸秆制成的秸秆纤维复合材料可以代替一部分实木材料,可有效地缓解我国的森林资源压力,体现绿色环境友好型材料的理念。在我国面临的资源短缺和生态环境日益恶劣的背景下,低碳减排的要求被越来越重视,SPC作为一个新兴的绿色环保产品,引起了各国学者的研究兴趣,但仍然未取得重大成果,这将是建设可持续发展的一个分支方向。由于秸秆表面有一层二氧化硅和蜡质层,影响了胶黏剂对其表面的润湿。未经处理的纤维具有吸湿性和较强的极性,使其与非极性树脂间界面润湿性、粘结性变差,随着时间推移会发生剥落。本文着重讨论了三种处理方法对秸秆纤维复合材料相容性及力学性能的影响与表征。通过对秸秆纤维/LDPE体系内加入相容剂,使得秸秆纤维的分散状况与秸秆纤维与树脂的缠结情况发生了转变。复合材料的力学性能得到了一定的改善。通过实验室流变仪手段,对复合材料熔体的流变行为进行研究分析得出,秸秆纤维与相容剂会使得体系内部构成三维网络的复杂结构,使得体系松弛时间增大分子链松弛更困难。当秸秆纤维填充量过大的时候,相容剂可以大大减小基体分子链的松弛时间,由405 s降低到214 s。碱脲分离型预处理秸秆纤维的处理方法,能够较好地除去秸秆纤维表面的蜡质层,打断秸秆内部缠结的纤维素大分子,溶出内部的木质素和灰分。在一定范围内,增强了秸秆纤维与MDI胶黏剂的胶结强度,冲击强度由1200 J/m2提高到2036 J/m2;弯曲强度由3.78 MPa提升到9.86 MPa。对于树脂体系来说,洗净的碱脲分离型秸秆纤维降低了树脂基体的结晶度,而未除去碱脲小分子的秸秆纤维样品却提升了树脂基体的结晶度,从而影响了复合材料的宏观力学性能。废旧报纸经过预处理后得到纤维素含量极高的回收纤维素纤维,回收纤维素具有较大的长径比,较高的结晶度,密度小,不易分散容易自缠结。回收纤维素与秸秆纤维复配为纤维填料,与MDI胶黏剂压制成的板材,弯曲模量提高了30%,弯曲强度增加了100%,冲击强度增加了40%。经过苯乙烯单体包覆的MDI纤维板体系,吸水厚度膨胀率下降为原来的0.6倍,苯乙烯添加量为7 wt%时MDI纤维板的性能最优。回收纤维素含量为2 wt%时树脂复合样品的物理性能最优。植物纤维的加入会促进树脂基体分子链的异相成核作用,结晶速率较HDPE大,并且在回收纤维素为2 wt%时,异相成核作用更明显,且加速了树脂基体分子链的结晶行为。 【关键词】：秸秆纤维复合材料 相容剂 流变行为 碱脲分离预处理 回收纤维素
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ914.3;TB33
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 引言12-21
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 秸秆纤维复合材料的原料13-15
• 1.2.1 聚乙烯13
• 1.2.2 秸秆纤维13-14
• 1.2.3 回收纤维素纤维14
• 1.2.4 相容剂14
• 1.2.5 MDI胶黏剂14-15
• 1.3 提高秸秆/树脂相容性的方法15-20
• 1.3.1 物理处理方法15-16
• 1.3.2 化学处理方法16-17
• 1.3.3 化学-物理联用方法17-18
• 1.3.4 生物处理方法18-19
• 1.3.5 添加界面相容剂19-20
• 1.4 论文研究的内容及意义20-21
• 第2章 实验部分21-28
• 2.1 实验原料21
• 2.2 实验仪器21-22
• 2.3 实验方法22-24
• 2.3.1 秸秆纤维的预处理22
• 2.3.2 试样的制备22-24
• 2.4 性能测试24-28
• 2.4.1 缺口冲击24
• 2.4.2 弯曲性能24-25
• 2.4.3 流变性能25-26
• 2.4.4 示差扫描量热仪26
• 2.4.5 偏光显微镜26-27
• 2.4.6 扫描电镜测试27
• 2.4.7 吸水厚度膨胀率27-28
• 第3章 LDPE/秸秆纤维复合材料的线性粘弹性研究28-42
• 3.1 流变研究的背景28-29
• 3.2 流变分析29-41
• 3.2.1 秸秆形貌分析29
• 3.2.2 冲击断面分析29-30
• 3.2.3 机械性能分析30-31
• 3.2.4 相容剂和LDPE的缠结情况分析31
• 3.2.5 应力扫描31-32
• 3.2.6 频率扫描32-34
• 3.2.7 柯尔图分析34-36
• 3.2.8 Cross方程拟合分析36-39
• 3.2.9 多重松弛谱图39-41
• 3.3 小结41-42
• 第4章 碱脲分离型复合材料的性能研究42-54
• 4.1 碱脲预处理对秸秆纤维的影响42-45
• 4.1.1 秸秆形貌变化43-44
• 4.1.2 红外光谱图分析44-45
• 4.2 碱脲分离型MDI复合材料的研究45-48
• 4.2.1 物理性能45-46
• 4.2.2 防水性能46-47
• 4.2.3 接触角47
• 4.2.4 MDI复合材料冲击断面分析47-48
• 4.3 碱脲分离型树脂/秸秆复合材料的研究48-53
• 4.3.1 物理性能49-50
• 4.3.2 结晶动力学研究50-51
• 4.3.3 秸秆纤维/树脂复合材料的冲击断面分析51-53
• 4.4 小结53-54
• 第5章 回收纤维素对秸秆复合材料性能的影响54-69
• 5.1 纸纤维的性状及其形貌特征54-55
• 5.2 回收纤维素对MDI复合材料的影响55-60
• 5.2.1 物理性能56-58
• 5.2.2 防水性能58-59
• 5.2.3 两种样品的断面形貌分析59-60
• 5.3 回收纤维素对树脂/秸秆复合材料的影响60-67
• 5.3.1 物理性能60-61
• 5.3.2 结晶动力学研究61-66
• 5.3.3 回收纤维素纤维对HDPE结晶行为的形貌观察66-67
• 5.4 小结67-69
• 第6章 全文总结69-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-77
• 附录77

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

中温固化树脂基体的研究    舒武炳,马蕊然,宁荣昌,王汝敏

树脂基体性能对纤维缠绕复合材料结构强度影响的研究    卢天健,稽醒,顾星若

关于玻璃-树脂界面的新见解    K. L. Loewenstein;

树脂柔性对纤维缠绕管性能的影响    M.J.LEGG;D.HULL;王辉;

改性双马来酰亚胺树脂的研究    梁国正，蓝立文，顾媛娟

多辊轴辅助高黏树脂熔融浸渍连续纤维工艺的影响因素    曹兵妥;傅增祥;刘风雷;刘华东;贺加贝;冯一川;石阶想;

复合材料旋翼桨叶用高性能树脂基体及其复合材料    王善琦,申从祥,沈熹,宋焕成

树脂基体及其复合材料对拉伸冲击载荷的响应    夏源明;杨报昌;李铭;

先进战斗机用复合材料树脂基体    赵渠森

高模量树脂基体的研究现状    郑亚萍,宁荣昌,陈立新

反渗透膜壳用韧性环氧树脂基体研究    周文英;牛国良;张娴;寇静利;杜泽强;

含内嵌物平板的RTM成型中树脂流动模拟    刘涛;关志东;

高性能介电复合材料用树脂的研究进展    孙大伟;王耀先;王万兴;程树军;

恒定载荷条件下树脂基体蠕变实验研究    杭颂;贾海仓;

芳纶纤维增强复合材料用树脂基体的研究进展    董超亮;王耀先;

船舶用树脂基体及其复合材料的海水老化性能研究    高兴;刘永纯;尚伟辉;张淑萍;

复合材料的树脂基体低温固化配方研制    谢丹;过松如;杭颂;彭莉;

胶衣树脂合成研究    陈淳;曹淑凤;

3236树脂及其复合材料    沈超;正源;刘俊先;

高模量树脂基体的研究现状    郑亚萍;宁荣昌;陈立新;

从2007JEC展看复合材料新应用    顾培芷

复合材料开发日趋活跃    王红

高模量树脂基体及高抗压复合材料的研究    郑亚萍

先进复合材料树脂基体性能表征技术研究    冀克俭

透明ABS树脂的制备及其结构与性能的研究    任亮

三维正交机织复合材料准静态/低周疲劳多尺度力学响应与损伤分析    贾西文

环氧树脂交联结构模拟及具有模量过渡层结构的碳纤维复合材料性能研究    杨青

快速热循环注塑材料ABS/PMMA的物理改性及其成型性能研究    张爱敏

液晶环氧增韧复合材料树脂基体的研究    陈立新

多尺度多维度填料协同增强增韧光固化树脂基口腔材料的制备及性能研究    周学刚

新型电纺纳米纤维制备及其氰酸酯树脂基复合材料    秦大可

多壁碳纳米管的表面修饰与聚芳醚腈复合材料    詹迎青

RFI工艺中树脂流动行为和固化过程分析    杨梅

防护复合材料用树脂基体的研究    陆甲明

复合材料树脂基体光固化性能研究    刘利文

纤维素基树脂复合薄膜的制备、结构及性能研究    陶丹丹

高粘度阻燃树脂的复合材料成型工艺的模拟仿真及优化    王庆涛

GFRP与BFRP复合材料的湿热耐久性能研究    周萌

阻燃型ACS树脂的合成与应用    徐昊

经编轴向缝合复合材料树脂流动浸润性能及其力学性能研究    牛天军

碳纤维湿法缠绕用高模量高韧性环氧树脂基体    李默宇

ABS树脂合成及性能研究    张猛