稻壳/PVC基木塑复合材料增韧改性的探究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hukuikui
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木塑复合材料(Wood Plastics Composites,简称WPC)是以木质粉料(如木粉、秸秆粉等)与塑料为主要原料,既可以解决废弃塑料造成的“白色污染”问题,又可以提高农林废弃物的利用率,变废为宝,是一种高附加值的工业化产品。木纤维与塑料不经处理直接按配比进行热压时,熔融塑料分子很难浸润木纤维,材料脆性大,延展性和耐冲击性下降,因而制成的复合板材在物理力学性能指标上难以取得大的提高,尤其是冲击强度与弯曲弹性模量。  本文以聚氯乙烯(PVC)为塑料基添加材料,为保证选取出高性能的木质粉料/PVC复合材料,以稻壳、麦秸秆与花生壳三种不同的木质粉料与PVC作为原料,通过搅拌混炼,采用高温下(160℃)模压成型的方法制备木塑复合材料,对比木粉添加量不同时复合材料的性能优劣及进行微观组织结构分析,选取出综合性能最优的稻壳/PVC基木塑复合材料及稻壳添加量为40wt%。再以此稻壳添加量制成的稻壳/PVC基木塑复合材料为后续研究对象。添加硅烷(KH-550)与钛酸酯作为复合材料的偶联剂,对比偶联剂选取不同时,对稻壳/PVC基木塑复合材料的性能影响,选取最佳的偶联剂——硅烷偶联剂(KH-550)。在硅烷偶联剂(KH-550)的改性下,制备不同木质粉料添加量的稻壳/PVC基木塑复合材料,对比验证40wt%为最佳的稻壳添加量。通过对比三种不同增韧机理的途径,对稻壳/PVC基木塑复合材料(稻壳为40wt%,KH-550为2wt%)进行增韧改性的探究,本文选取了六种不同的增韧剂按同比例变化的添加量分别独立加到稻壳/PVC基木塑复合材料中进行增韧探究。通过实验,对复合材料的力学性能、吸水性能、热学性能、红外光谱图、X射线衍射图谱和扫描电镜照片及实验数据图谱进行分析,得出以下结论:  (1)木粉种类对PVC基复合材料的影响。实验表明:对比稻壳、麦秸秆与花生壳三种不同木质粉料基体复合材料的力学性能、吸水性能、热学性能与微观组织结构图,发现当稻壳添加量为40wt%的复合材料,有着较高的硬度、拉伸强度和冲击强度同时弯曲强度与弯曲模量也不低;吸水率较低,防水性较好;导热系数较低,隔热性能不错;微观组织图与X射线衍射图分析,发现稻壳与PVC的黏合程度最为紧密,综合考量,选择稻壳添加量为40wt%作为增韧改性实验的基体。  (2)偶联剂对稻壳/PVC基复合材料的影响。第一部分:选择硅烷(KH-550)偶联剂与钛酸酯偶联剂分别独立加入稻壳/PVC基复合材料(稻壳为40wt%)中,加入量为2wt%,通过对比不同种类的偶联剂加入后,稻壳/PVC基复合材料的红外光谱图与力学性能的影响变化。发现硅烷(KH-550)偶联剂添加后的复合材料较加入钛酸酯时,除硬度较小外,拉伸强度、冲击强度、弯曲强度及弯曲模量都比加入钛酸酯的高的多。此外耐水性能与隔热性能较未加入时都有很大大的提升,而添加钛酸酯后耐水性能与隔热性能变差,所以挑选硅烷(KH-550)偶联剂作为稻壳/PVC基复合材料的界面改性最佳偶联剂。第二部分:将硅烷(KH-550)偶联剂加入到不同稻壳添加量的稻壳/PVC基复合材料中,并进行偶联剂加入前后力学性能、吸水性能、热学性能的对比,验证了稻壳添加量为40wt%时复合材料性能表现最佳。  (3)短纤维增韧剂对稻壳/PVC基复合材的影响。选择玻璃纤维作为复合材料的增韧剂,加入到稻壳/PVC基复合材料(稻壳为40wt%,KH-550为2wt%)。研究增韧剂添加量为0wt%、10wt%、20wt%、30wt%、40wt%时对复合材料的力学性能、吸水性能、热学性能的影响,并进行红外光谱分析与X射线衍射图谱分析,并用扫描电镜(SEM)观察其冲击断面形态与成分组成。发现当玻璃纤维增韧剂添加量为20wt%时,增韧的综合效果最好。  (4)纳米无机粒子增韧剂对稻壳/PVC基复合材料的影响。选择纳米碳酸钙作为复合材料的增韧剂,加入到稻壳/PVC基复合材料(稻壳为40wt%,KH-550为2wt%)。研究增韧剂添加量为0wt%、10wt%、20wt%、30wt%、40wt%时对复合材料的力学性能、吸水性能、热学性能的影响,并进行红外光谱分析与X射线衍射图谱分析,并用扫描电镜(SEM)观察其冲击断面形态与成分组成。发现当纳米碳酸钙增韧剂添加量为10wt%时,增韧的综合效果最好。  (5)热塑性弹性体增韧剂对稻壳/PVC基复合材料的影响。选择EPDM、POE、EVA与SBS分别作为复合材料的增韧剂,加入到稻壳/PVC基复合材料(稻壳为40wt%,KH-550为2wt%)。研究增韧剂添加量为0wt%、10wt%、20wt%、30wt%、40wt%时对复合材料的力学性能、吸水性能、热学性能的影响,并进行红外光谱分析与X射线衍射图谱分析,并用扫描电镜(SEM)观察其冲击断面形态与成分组成。发现当EPDM增韧剂添加量为10wt%时,增韧的综合效果最好;当POE增韧剂添加量为10wt%时,增韧的综合效果最好;当EVA增韧剂添加量为30wt%时,增韧的综合效果最好;当SBS增韧剂添加量为10wt%时,增韧的综合效果最好,综合对比来看,EVA作为热塑性弹性体增韧剂且添加量为30wt%对稻壳/PVC基复合材料的增韧效果最为优秀。
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