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本文以废纸纤维复合材料增强改性为主要内容,研究了废纸纤维/脲醛树脂复合材料、废纸纤维/玻璃纤维增强塑料复合材料(GFRP)废料/脲醛树脂复合材料、废纸纤维/聚丙烯/脲醛树脂复合材料的制备方法和工艺条件,研究了三种复合材料的微观结构与性能特点之间的关系,为废纸纤维的应用领域和废纸纤维产品性能进行了积极而有效的探索。
合成了几种改性脲醛树脂,研究了脲醛树脂的性能,分析了不同改性物及其用量对脲醛树脂黏度和游离甲醛含量的影响。聚乙烯醇、有机蒙脱土、苯酚和三聚氰胺改性脲醛,均可有效地降低脲醛树脂的游离甲醛浓度。蒙脱土原土和有机蒙脱土对提高脲醛树脂的黏度有明显的效果。
差示扫描量热(DSC)的结果表明,脲醛树脂的固化过程呈现两个吸热峰,固化剂的用量对吸热峰的温度影响很大,三聚氰胺的加入会延迟吸热峰的出现。
力学性能的测试结果表明,在不同改性脲醛树脂增强的废纸纤维复合材料中,苯酚改性脲醛树脂可以较大幅度地提高复合材料的力学性能,当苯酚与尿素的摩尔比为2时,力学性能达到最大值;有机蒙脱土改性脲醛树脂比原土改性脲醛树脂对复合材料的增强作用更好。
将纸成型加工中的抄造过程和聚合物加工中的热压过程相结合,研究出最佳的加工工艺。结果表明,使用纸浆内直接加入脲醛树脂和聚合氯化铝,再进行抄造,干燥和热压,得到的废纸纤维复合材料性能最佳。同时各组分的最佳质量配比为废纸纤维/脲醛树脂/石蜡乳液/聚合氯化铝=100/20/2/0.2。
扫描电子显微镜(SEM)的结果显示,经过浆内施胶工艺改性后的废纸纤维复合材料内部的纤维排列紧密,纤维与纤维之间存在粘合物,纤维网络更加复杂。
采用GFRP废料来增强废纸纤维/脲醛树脂复合材料。力学性能测试的结果显示,当废纸纤维/GFRP废料/脲醛树脂=100/60/20时,复合材料的力学性能达到最佳值。此外,SEM结果显示,当GFRP用量小于60 phr时,不经过化学改性的GFRP废料在压力下和脲醛固化的双重作用下,可较好地分散于废纸纤维网络的内部。
采用聚丙烯来增强废纸纤维/脲醛树脂复合材料。力学性能测试的结果显示,经过KH550处理后的聚丙烯增强废纸纤维/脲醛树脂复合材料中,随着PP在复合材料中的用量增大,复合材料的拉伸强度和弯曲强度均得到不同程度的提高,而冲击强度在PP用量为50 phr时达到最大值。最佳的热压工艺条件为180℃,5min。
SEM结果显示,经过KH550处理后,废纸纤维/PP/脲醛树脂复合材料中的PP经过热压熔融后可连续地分布在废纸纤维的网络中,PP与废纸纤维之间的界面性能较好,未出现团聚现象。