纸浆纤维表面修饰及其聚合物基复合材料研究

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本文采用本体接枝和紫外光光接枝的方法对纸浆纤维进行表面改性。本体接枝以硝酸铈胺(CAN)为引发剂,使苯乙烯(St)和丙烯腈(AN)在纸浆纤维表明进行接枝共聚;紫外光接枝以二苯甲酮(BP)为引发剂,使苯乙烯在紫外光辐照下在纸浆纤维表面进行接枝聚合。考察了引发剂浓度、单体配比、反应温度和时间对接枝率和接枝效率的影响。结果表明,本体接枝共聚的最佳反应条件为:纸浆纤维为1.0g,CAN浓度为3%,St与AN单体配比为2:1,反应温度为40℃,反应时间为3h,在此条件下,接枝率为8.4%,接枝效率为86.8%;紫外光接枝聚合的最佳反应条件为:纸浆纤维为1.0g,BP浓度为2%,反应温度为45℃,反应时间为20min,在此条件下,接枝率为5.4%,接枝效率为60.8%。采用FTIR分析验证了接枝物的结构,TG分析说明接枝改性提高了纸浆纤维的热稳定性,SEM分析证明了接枝效果。本文还对纸浆纤维增强废旧SAN复合材料的力学性能进行了研究,考察了纸浆纤维含量对复合材料力学性能的影响,并对改性前和和改性后的纸浆纤维的增强效果进行了比较研究。结果表明:对纸浆纤维进行表面接枝改性处理,可以提高纸浆纤维增强SAN树脂复合材料的力学性能。没有进行界面改性处理的纸浆纤维与SAN树脂共混复合材料力学性能比原基体材料力学性能还差,没有增强效果,且随着纤维用量的提高,力学性能呈下降趋势。界面改性处理对改善纸浆纤维增强SAN复合材料的加工性能不显著。当纸浆纤维用量在0.1%~0.2%时,纸浆纤维增强SAN树脂复合材料的熔体流动速率基本稳定在2.5~3g/min,可满足成型加工的要求。改性处理后的纸浆纤维用量在0.2%时,复合材料的冲击强度最大;用量在0.15%,复合材料的拉伸强度最大。综合考虑,经本体接枝改性的纸浆纤维在含量为0.2%时,复合材料的冲击强度和拉伸强度均比较理想,无缺口冲击强度为48.32kJ·m-2,缺口冲击强度为22.44kJ·m-2,拉伸强度为78.92MPa,分别比原SAN树脂基体的强度提高了25.6%,18.0%,10.5%。采用SEM对复合材料断面进行分析,说明纸浆纤维与SAN树脂具有良好的界面粘接作用。
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