论文部分内容阅读
目前,市场上的木塑复合材料一般为通用塑料如高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)等和天然纤维所制备,其力学强度不高,往往用于装饰材料,较难用于力学性能要求较高的工程领域。而高强度工程塑料如尼龙6(PA6)、尼龙66(PA66)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)由于其熔点较高,与热稳定性较低的天然纤维在加工温度上较难匹配,故很难制备高强度工程塑料基木塑复合材料。本文通过改性剂氯化锂(LiCl)将PA6的熔点降低,从而制备低熔点、高强度的PA6及PA6/PP和PA6/HDPE合金基木塑复合材料,主要研究内容和结果如下:(1)添加适量LiCl能够有效地降低PA6的熔点和加工温度,从而用于木塑复合材料的制备,并且可以利用扩链剂PBO提高PA6的分子量,进而增强木塑复合材料的机械性能。将PA6和LiCl在转矩流变仪中高温混合改性,路易斯酸LiCl和PA6发生络合反应,降低了 PA6结晶度和熔点,同时PA6的晶型由晶粒尺寸较小的α型晶体转变为晶粒尺寸较大的γ型晶体,改性后的PA6/木粉复合材料的加工温度被大幅降低,最后热压成型。通过材料的表面颜色和红外光谱分析,表明复合材料虽有所热解,但已避免材料严重变黑的现象。LiCl和PA6的络合反应类似于交联作用,故而提高了复合材料的力学性能,尤其是冲击强度。为了最大限度提高材料强度,利用双噁唑啉类扩链剂PBO改性PA6,使其分子量大幅提高,且扩链剂的基团和木粉易于氢键结合,进而提高两者的相容性和复合材料的强度。(2)LiCl有效降低了 PA6/PP合金的熔融及加工温度,可用于低熔点PA6/PP合金基木塑复合材料的制备,其和MAPP并用可提高复合材料的相容性和力学性能。将PA6、PP、LiCl、马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)置入转矩流变仪中高温改性得PA6/PP合金,再将塑料合金粒子和木粉在较低的加工温度下制备木塑复合材料。通过材料的表面颜色和红外光谱分析,PA6/PP合金基木塑复合材料基本可保持木材的颜色,热解程度降低。LiCl除可和PA6发生络合反应,还与MAPP中的酸酐基团发生络合反应,从而可提高PA6和PP的相容性,进而可提高木塑复合材料的力学性能。MAPP可以和PA6发生缩合反应,和木粉发生酯化反应,和PP分子链发生缠绕,进而提高了复合材料的相容性及力学性能。随着PA6含量的提高,复合材料的弯曲强度和模量也提高,韧性下降。但由于高含量PP会诱导PA6生成较大球晶,故40%PA6含量的复合材料其冲击强度反而比50%PA6含量木塑要低。(3)LiCl也可降低PA6/HDPE合金的熔融和加工温度,进而可制备低熔点PA6/HDPE合金基木塑复合材料,LiCl和MAPE均可提高复合材料的相容性和力学性能。将PA6、HDPE、LiCl、马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)置入转矩流变仪中高温改性,再将合金塑料粒子和木粉在较低的加工温度下制备木塑复合材料。在200℃的加工温度下,PA6/HDPE合金基木塑复合材料可保持木材的颜色,热解程度较低。LiCl可和MAPE中的酸酐基团及PA6均发生络合反应,从而可提高PA6和HDPE的相容性和复合材料的力学性能。MAPE可以和PA6发生缩合反应,和木粉发生酯化反应,和HDPE分子链发生缠绕,进而提高了复合材料的相容性及力学性能。PA6含量提高,复合材料弯曲强度和模量提高,而韧性下降。(4)利用LiCl改性和过氧化二异丙苯(DCP)/马来酸酐(MAH)原位接枝法(一步法)反应,可制备力学性能尤其是韧性极佳的PA6/HDPE/微晶纤维素(MCC)复合材料。先将DCP和MAH的丙酮溶液喷洒到PA6、HDPE混合物中,在通风橱中蒸发掉丙酮后,将LiCl加入混合物中,经转矩流变仪的高温混合,再和MCC复合,最终热压成型。高温下引发剂DCP和MAH可发生原位接枝反应,将MAH接枝到PA6和HDPE分子链上。MAH基团可以和PA6端氨基发生缩合反应,和MCC的羟基发生酯化反应,从而可以提高HDPE和PA6以及MCC的相容性,进而有助于提高复合材料的力学性能。LiCl和PA6,HDPE分子链上的MAH基团以及MCC均能发生络合反应,故也提高了复合材料的力学性能。LiCl可显著提高复合材料的玻璃化转变温度,从而有助于拓宽材料的应用温度范围。综上所述,LiCl可显著降低PA6熔点和加工温度,从而可制备低熔点的PA6,PA6/PP以及PA6/HDPE合金基木塑复合材料,避免材料的严重降解和变黑现象。此外适量LiCl还可大幅提高木塑复合材料各组分相容性和力学性能,有望拓宽材料的应用领域,尤其要求较高的工程领域,具有广阔的市场应用前景。