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木塑复合材料因同时具备塑料优异的使用性和加工性,木材的外观和质感,以及对可再生资源及废旧塑料资源的综合利用等性能,在替代塑料、木材方面的应用受到越来越多的关注,市场应用领域不断扩大。在此背景下,关于木塑复合材料性能的研究变得更为重要。由于木塑复合材料中两相表面性能相差很大,界面性能不好,导致复合材料的力学性能较差,不能满足更高要求的需要。因此,研究木塑复合材料的界面性能以及改善界面性能的方法,对于提高木塑复合材料的性能、拓展木塑复合材料的应用领域都非常重要。
本论文首先对竹粉进行了不同方法的表面处理及表面化学接枝改性,详细研究了反应条件、配方组成等因素对竹粉接枝率的影响;进而将改性竹粉与PE通过熔融共混制备了一系列复合材料,对复合材料的力学性能、冲击断面形貌进行了研究,初步得到关于竹粉的接枝改性方法、接枝率对复合材料力学性能的影响规律;最后,自制了一种增容剂并应用于竹粉/PE复合材料体系,研究了增容剂用量对复合材料力学性能的影响。
在竹粉的表面处理研究中,分别采用了酸处理、碱处理及偶联剂KH570处理的方法制备了不同表面处理竹粉,FTIR分析表明,处理后竹粉表面羟基含量降低,其中KH570处理竹粉表面带有C=C。分别应用苯乙烯、马来酸酐、苯乙烯马来酸酐混合单体、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯与甲基丙烯酸甲酯混合单体,在BPO为引发剂、甲苯为溶剂条件下,对BP—KH570表面进行了接枝改性,详细研究了反应温度、反应时间、引发剂用量、单体用量、单体配比等因素对接枝率的影响;并应用FTIR对接枝产物表面的化学结构进行了表征。
以原竹粉,各种表面处理竹粉,不同种类、不同接枝率表面接枝改性竹粉为原料,与PE通过熔融共混制备了一系列木塑复合材料,应用万能力学试验机、摆捶冲击试验机、维卡软化点测试仪对复合材料的力学性能、耐热温度进行了研究,应用SEM对复合材料的冲击断面进行了观察。结果表明竹粉未经表面改性直接与PE进行熔融共混所制备的复合材料,其力学性能随竹粉含量的增加剧烈下降,当竹粉含量增加到40wt%后,继续增加竹粉用量,复合材料力学性能变化的幅度减小;竹粉经KH570处理,其复合材料的拉伸强度明显增加;竹粉的碱处理对复合材料力学性能影响不显著,竹粉的酸处理使复合材料力学性能降低;各种接枝改性方法均能在一定程度上改善复合材料的力学性能,而且基本存在随着接枝率增大,复合材料各项力学性能增大的规律。但各种改性手段对复合材料拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率、冲击强度的改善程度有差别,其中BP—KH570-g—BAMMA对提高复合材料的拉伸强度、冲击强度更有效,在接枝率为23.12%时,可使复合材料的拉伸强度增大到17.2MPa,冲击强度增大到13.2KJ/㎡;BP—KH570-g—MA对提高复合材料弹性模量更有效,在接枝率为18.89%时,弹性模量达753.8MPa;BP—KH570-g-PS对提高复合材料的断裂伸长率更有效,在接枝率为19.82%时,断裂伸长率达12.5%。
通过开环脂化的方法在苯乙烯马来酸酐共聚物上接枝了十八醇,制备了一种带有长烷基侧链的聚合物POD,通过红外光谱对接枝共聚物POD进行了化学结构表征;GPC分析表明,POD重均分子量为41.6万,分子量分布宽度为2.19。将POD做为竹粉/PE复合材料增容剂能够明显改善复合材料的各项力学性能,适宜用量为2.5~4.5phr,该增容改性剂对于改善木塑复合材料的抗冲击性能特别显著。