农作物秸秆纤维/脱硫石膏复合材料的制备与性能研究

【摘要】：目前,国内工业副产物脱硫石膏和农业副产物农作物秸秆的排放量仍逐年增大,但是两者的综合利用率却很低,脱硫石膏多以堆场堆弃的方式,农作物秸秆多以露天焚烧的方式进行简单处理,既占用大量土地,又造成环境污染。脱硫石膏可经低温煅烧形成具有胶凝性的脱硫建筑石膏,农作物秸秆也可经处理得到具有增强效果的纤维。因此,本课题针对当前农作物秸秆和脱硫石膏利用率低的现状,制备了一种农作物秸秆纤维/脱硫石膏复合材料,并对复合材料的性能进行深入研究,旨在将其应用于新型墙材领域,实现工农业副产物的建材资源化利用。 本文主要研究内容包括:对农作物秸秆进行预处理,初步确定纤维制备工艺,制得农作物秸秆纤维;研究了不同掺加方式对农作物秸秆纤维在复合材料中分散性及其对复合材料力学性能的影响;研究了农作物秸秆纤维尺寸、掺量和种类等因素对复合材料力学性能和耐水性能的影响效果;对农作物秸秆纤维进行表面改性处理,研究了不同改性方案下,农作物秸秆纤维对复合材料性能的影响,探讨了改性机理;利用不同掺加材料,对复合材料的基体进行改性,分析了掺加材料的作用机理;分析探讨了农作物秸秆纤维对复合材料的的增强机理。 试验研究表明,采用后掺法的纤维掺加方式,即将脱硫建筑石膏先与水混合搅拌制成料浆后,再向其中掺入农作物秸秆纤维继续混合搅拌,纤维在基体中的分散性较好;当棉秆纤维长度在5~8mm、掺量为5%时,或是当麦秸纤维长度在4~8mm、宽度在0.7~1mm、掺量为3%时,对应复合材料试样的力学性能有一定程度的提高。 农作物秸秆纤维表面光滑、自身易吸水,掺入复合材料试样中与基体的界面结合较弱,试样力学性能仍不能充分发挥,并对吸水率和软化系数都有不利影响,因此需要对纤维进行表面改性处理。农作物秸秆纤维分别经碱处理、碱处理+物理包覆、碱处理+化学包覆等方案改性处理后,纤维表面粗糙度明显提高,纤维与基体之间的界面结合更为紧密,试样力学性能和耐水性能都有不同程度的提高。 脱硫石膏基体材料存在强度低、易吸水、浸水后强度损失大等问题,通过分别掺加萘系减水剂、可再分散乳胶粉和水硬性掺合料,研究各掺加材料对复合材料基体的改性效果。试验研究表明,萘系减水剂的较优掺量范围在0.7~0.9%,可再分散乳胶粉的较优掺量为3%,粉煤灰较优组分配比为20%。 分析探讨了农作物秸秆纤维的增强机理,农作物秸秆纤维在复合材料中可提高试样抗折、抗压强度,其增强效果取决于纤维的分散性、掺量、尺寸、种类及在基体中的取向等因素。一般情况下,纤维分散性越好,纤维尺寸越小,纤维的弹性越好,对复合材料的增强效果越好;纤维掺量增大可提高强度,但是掺量过大,纤维分散性降低,纤维间易缠结造成局部应力集中,反而使强度降低。 【关键词】：农作物秸秆纤维 脱硫石膏 表面改性 基体改性
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ177.37
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 本课题研究背景12-13
• 1.2 农作物秸秆的研究与应用现状13-14
• 1.3 脱硫石膏的研究与应用现状14-16
• 1.4 纤维增强石膏基复合材料的研究与应用现状16-19
• 1.5 本课题的提出及可行性分析19-22
• 1.5.1 农作物秸秆纤维的性能特点19-20
• 1.5.2 脱硫石膏的性能特点20-22
• 1.6 研究目的与研究内容22-24
• 1.6.1 研究目的与意义22-23
• 1.6.2 研究内容23-24
• 1.7 创新点24-25
• 第二章 试验原料、仪器及方法25-32
• 2.1 试验原料25-27
• 2.1.1 农作物秸秆25
• 2.1.2 脱硫石膏25-26
• 2.1.3 纤维表面改性剂26
• 2.1.4 其他掺加材料26-27
• 2.2 试验仪器27-28
• 2.3 试验方案与测试方法28-32
• 2.3.1 试验方案28
• 2.3.2 基本性能测试方法28-32
• 第三章 农作物秸秆纤维/脱硫石膏复合材料制备研究32-43
• 3.1 农作物秸秆纤维的加工方法32-34
• 3.1.1 棉秆纤维的加工方法32-33
• 3.1.2 麦秸纤维的加工方法33-34
• 3.2 农作物秸秆纤维掺加方式的确定34-36
• 3.3 农作物秸秆纤维尺寸和掺量的确定36-42
• 3.3.1 纤维尺寸和掺量对复合材料力学性能的影响36-40
• 3.3.2 纤维掺量对复合材料耐水性能的影响40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 复合材料的纤维表面改性研究43-51
• 4.1 农作物秸秆纤维的表面改性方法43-44
• 4.1.1 碱处理法43
• 4.1.2 物理包覆法43-44
• 4.1.3 化学包覆法44
• 4.2 农作物秸秆纤维表面改性对复合材料性能的影响44-49
• 4.2.1 试验结果和分析44-45
• 4.2.2 微观分析与机理探讨45-49
• 4.3 本章小结49-51
• 第五章 复合材料的基体改性研究51-63
• 5.1 掺加材料选用原则分析51
• 5.2 萘系减水剂对复合材料性能的影响51-55
• 5.2.1 减水剂试验设计与结果51-52
• 5.2.2 减水剂对标准稠度用水量的影响52-53
• 5.2.3 减水剂对力学性能的影响53
• 5.2.4 减水剂对耐水性能的影响53-54
• 5.2.5 作用机理分析54-55
• 5.3 可再分散乳胶粉对复合材料性能的影响55-58
• 5.3.1 试验设计与结果55
• 5.3.2 可再分散乳胶粉对力学性能的影响55-56
• 5.3.3 可再分散乳胶粉对耐水性能的影响56
• 5.3.4 微观形貌分析56-57
• 5.3.5 孔分析57-58
• 5.4 水硬性掺合料对复合材料性能的影响58-61
• 5.4.1 试验设计与结果58
• 5.4.2 水硬性外掺料对复合材料力学性能的影响58-59
• 5.4.3 水硬性外掺料对复合材料耐水性能的影响59-60
• 5.4.4 微观形貌分析60-61
• 5.5 本章小结61-63
• 第六章 农作物秸秆纤维/脱硫石膏复合材料增强机理研究63-66
• 6.1 农作物秸秆纤维的增强机理分析63-65
• 6.1.1 复合材料受力分析63-64
• 6.1.2 农作物秸秆纤维的影响因素分析64-65
• 6.2 本章小结65-66
• 第七章 结论66-69
• 7.1 结论66-68
• 7.2 今后工作建议68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 附录74-75

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