一种秸秆/POM复合材料的制备与性能研究

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植物纤维复合材料是利用农作物纤维或木纤维作为增强材料,高分子工程塑料为基体,通过挤出、热压等加工方式复合而成的复合材料,复合之后的新型材料同时具备填充纤维和基体之间的优异性,可制成标准型材、板材或者其他制品。植物纤维复合材料具备众多优点,例如低廉的价格、多次利用性、可微生物分解、材料来源丰富等,在某些领域上可代替工程塑料使用。但是在复合材料的制备过程中,由于秸秆纤维的极性、亲水性以及工程塑料的非极性、疏水性的差异,使得两者的相容性较差。本文采用物理化学等方式对植物纤维预处理,以提高对复合材料的各项力学性能。本论文通过NaOH(氢氧化钠)法、高压蒸煮法、HNO3-CH3CH2OH(硝酸-乙醇)法等物理化学方法对秸秆纤维进行预处理,去除纤维结构中的木质素、半纤维素、果胶等不利于相容性的物质,使纤维和聚甲醛可以很好的进行复合。通过对比,硝酸-乙醇法的提取效率最高,达到了70.80%,反应时间为4.5h;高压蒸煮法的提取效率为65.71%,反应时间为4h。两者具有工艺简单、操作方便、反应时间较短的优点,相比其他几种方法较为优越。高压蒸煮法的产出量较大,适合大规模的工业生产。HNO3-CH3CH2OH法处理的秸秆纤维品质优异,产出量较小,适用于科学研究。因此,本论文采取HNO3-CH3CH2OH法来提取秸秆纤维。将提取出的稻秸秆、麦秸秆和玉米秸秆以不同的比例分别与聚甲醛进行复合,并添加相应的添加剂制成标准样条,测试其力学性能,以探究秸秆纤维的用量和材料整体力学性能的关系。结果表明,当添加的秸秆纤维用量增加时,材料的各项力学性能有所提升,但添加到一定程度时,由于秸秆纤维具有较低的密度,并且占据的空间比增大。此外,秸秆纤维的分散性变差,材料的应力集中点增多,破坏了材料整体的连续性,导致其力学性能严重下降。当纤维的添加量为35%时,材料的拉伸强度、冲击强度和弯曲强度分别为14.36MPa、8.82KJ/m2和31.26MPa,相对于只有15%的填充量分别降低了33.58%、14.59%和41.74%。当添加量为45%时,硬度降低了32.22%。考虑到复合材料整体的力学性能以及成本,秸秆纤维的用量为35%。将复合材料采用电化学的方式在其表面镀上金属膜,使其具备一定的电磁屏蔽性能,化学镀Ni-P镀层有一定的屏蔽效果,但是低频和高频阶段的效果不理想。相反,Ni-P-Cu/Ni-P镀层01GHz的宽频范围内的屏蔽效果显著。在制备复合材料的过程中,添加一定量的水滑石粉末,探究复合材料对离子的吸附性能。研究表明前30min,材料吸附SO42-的速率最大,随后逐渐趋于缓和。300min时,达到最大吸附量52.75 mg/g。在240min后,吸附量变化量很小,可认为SO42-的吸附达到平衡。秸秆纤维复合材料添加水滑石后,对离子具有一定的吸附作用,可应用在相关环保行业,具备一定的实用价值。
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