高填充量的大麻秆芯粉/EVA木塑复合材料及其性能的研究

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随着人们对健康的越来越重视,人们更加倾向于追求使用新型的、环保的、可降解、可循环利用的木塑制品来代替一部分的塑料制品。另外,从经济和环境的角度来考虑,植物纤维廉价且来源广,不仅能够降低制品的成本,而且木塑复合材料本身具有的可降解性,能够减少塑料带来的白色污染。因此,研究木塑复合材料,不论是从社会、环境、经济来说,都具有不可言喻的意义。虽然木塑复合材料具有木材和塑料的双重优势,如:力学强度好、硬度高于塑料;吸水性和热伸缩性低于木材;耐磨、耐腐蚀,尺寸稳定性好;可循环使用,可降解,绿色环保等。但是木塑复合材料也有其不足之处。如:植物纤维与塑料基体的相容性差:植物纤维在基体中分散性差;加工温度高时,木纤维容易烧焦和降解。因此,本论文从三个方面来解决其不足之处。首先,选择合适的能与植物纤维有较好相容性的塑料基体,如EVA;其次,通过特殊的工艺和助剂对植物纤维进行改塑化改性,增加其相容性以及降低加工温度;最后,添加一定量的相容剂和无机增强剂来提高共混物的界面结合,提高复合材料的力学性能。本研究主要包括两个方面:   其一:大麻秆芯纤维的吸温和散温性能的研究。本论文主要是研究大麻秆芯粉随着外界环境温度的变化,自动地调节本身的吸温和散温速率的性质,分别考察环境温度、温差、大麻秆芯纤维粉的堆积密度和粒度等对秆芯粉的吸温速率和散温速率的影响。结果表明,吸温和散温速率随着大麻秆芯粉粒度的减小、环境温度和温差的升高而变快.在待测物质本身温度小于 35℃时,同等粒度下的大麻秆芯粉较普通木粉吸得快;在大于 35℃之后,同等粒度下大麻秆芯粉较普通木粉散得快.通过对400 目大麻秆芯粉在环境温度为37 ℃(吸温)和19 ℃(散温)的吸温和散温速率随温差变化的曲线,以及在环境温度为 2 ℃(散温)和 37 ℃(吸温)的散温和吸温速率随温差变化的曲线研究,可知大麻秆芯粉具有冬暖夏凉的功效。   其二:高填充量的大麻秆芯粉/EVA木塑复合材料及其性能的研究。本论文选用合适的助剂以及适当的工艺对大麻秆芯粉进行塑化、以及制备高含量的塑化大麻秆芯粉/EVA基体后共混物,通过SEM、XRD、FTIR、TGA、DSC以及熔体流动速率(MI)等各种测试手段,探讨了大麻秆芯纤维含量、增塑剂的种类以及含量、相容剂的种类以及含量以及无机增强物云母的含量对共混物性能的影响。所得结果如下:   ⑴随着秆芯粉填充量的增加,复合材料的熔融指数呈下降趋势。复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度随秆芯粉含量的增加呈先上升后下降的趋势,拉伸强度和弯曲强度以秆芯粉填充量50%为分界点,冲击强度以45%为分界点。EVA基体中加入秆芯粉后,共混物的熔融温度升高、分解温度降低。   ⑵相比月桂酸、甘油、马来酸酐和尿素而言,硬脂酸能大大促进秆芯粉的流动性。当硬脂酸的含量为4%时,复合物的熔体流动速率达到最大值,为22.5808 g/10min。复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度随硬脂酸含量的增加呈先上升后下降的趋势,以4%(质量分数)为分界点。   ⑶经硬脂酸塑化改性后,原大麻秆芯纤维中的2θ=15.3o衍射峰消失了,2θ=22.2o衍射峰移至2θ=21.5o,而在2θ=6.6o处还出现了一个新的低衍射峰,这说明硬脂酸的加入破坏了大麻秆芯纤维原有的晶格,并生成了新的晶格。从复合材料的FTIR图可知:经硬脂酸改性后的的复合材料在3350cm-1处的羟基伸缩振动峰减弱,并往3450cm-1高波数方向移动,说可能是加入的硬脂酸跟大麻秆芯粉中的羟基发生反应,破坏了大麻秆芯粉的氢键的缘故。   ⑷复合材料熔体流动速率以及拉伸强度、弯曲强度和冲击强度的随相容剂的含量呈先上升后下降的趋势。转折点在相容剂添加量2~3%之间。相容剂的加入使得原有大麻秆芯纤维的衍射峰发生了移动与消失,结晶度下降。而且有添加相容剂的复合材料的较未添加相容剂的秆芯粉/EVA复合材料的分解温度较高,而且相容剂MAH-g-EVA效果更优于MAH。   ⑸云母添加量的增加,复合材料的熔融指数呈下降趋势。尤其是添加量大于5%后,熔融指数下降趋势增大。复合材料的拉伸强度冲击强度都随云母含量的增加呈上升后下降的趋势,分别以8%、5%为分界点,但是弯曲强度随云母含量的增加呈上升的趋势。云母的加入不仅改变了秆芯纤维的结晶情况,而且使得共混物的分解温度提高了70℃。
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