禾本科植物纤维/PBS复合材料的性能研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:xkyx2005
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本论文以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为基体,以小麦秸秆纤维、稻草秸秆纤维、竹纤维为增强材料,利用熔融共混及热压成型工艺制得了不同植物纤维/PBS复合材料。分析了不同植物纤维复合材料性能差异性的原因,同时采用新型的处理方法及改性方法对植物纤维进行改性,从机理入手研究了植物纤维改性及PBS基体改性对复合材料力学性能、热性能以及界面相容性的影响,并对改性后复合材料的降解性进行了研究。本研究得到的结论如下:⑴对于三种不同纤维,纤维为120目时复合材料的拉伸强度和断裂伸长率最好,随着纤维含量的增加,复合材料的力学性能先增大后减小,当纤维含量为5%时,其达到最佳值。通过比较三种复合材料的性能发现,竹纤维/PBS复合材料具有最好的力学性能、最优的热稳定性能及良好地疏水性能,稻草秸秆纤维次之,小麦秸秆纤维最差,但竹纤维复合材料的降解性最小,稻草秸秆纤维复合材料的降解性最大;植物纤维/PBS复合材料的性能的差异性取决于植物纤维性能的差异性,纤维素、综纤维素结晶度越高,纤维素、综纤维素/PBS复合材料的性能越好,植物纤维/PBS复合材料的性能越优。⑵采用NaOH对植物纤维进行处理,并在此过程中通过添加不同助剂Na2SO3、Na2S、Na2S2O4对处理效果进行改善,发现,NaOH处理可有效提高复合材料的力学性能,复合材料的吸水性增大,降解性增强。NaOH处理过程中助剂的添加进一步改善了复合材料力学性能,对于稻麦草秸秆纤维,NaOH-Na2SO3处理后复合材料的力学性能最大,而NaOH-Na2S与NaOH-Na2S2O4处理偏小,助剂的添加使复合材料的吸水性能均呈逐渐下降趋势,复合材料的降解性也较NaOH处理有所降低。对于竹纤维, NaOH-Na2S2O4处理得到的复合材料的力学性能最大,NaOH-Na2S与NaOH-Na2SO3处理后的复合材料的力学性能较小,且随着助剂含量的增大, NaOH-Na2S2O4与NaOH-Na2S处理后的复合材料的吸水性先减小后增大,NaOH-Na2SO3处理后复合材料的吸水性逐渐降低,而复合材料的降解性能均较NaOH处理有所下降。⑶采用改性剂对植物纤维进行改性,讨论了改性剂种类与含量对复合材料性能的影响,结果发现,改性剂改性后复合材料界面相容性得到明显改善,复合材料的力学性能显著提高,其中钛酸酯、KH560改性后复合材料的力学性能较好;复合材料的力学性能随着改性剂添加量的增大先增大后减小,复合材料的吸水性随之也呈先减小后增大的趋势;改性剂改性后复合材料的热稳定性有较小幅度的提高,其中KH560改性得到的复合材料的热稳定性最好;纤维表面羟基含量与改性剂改性效果有密切联系,纤维表面羟基含量越多,改性剂用量越大,纤维表面的疏水性越好,改性效果越明显;改性剂改性后复合材料的降解性较未改性有所下降。⑷对竹纤维进行苄基化改性,以复合材料最佳力学性能为标准确定了苄基化反应的工艺条件,研究了苄基化改性对复合材料性能的影响,结果表明,1.5g竹粉与6mL氯化苄、9mL甲苯、0.02g十六烷基三甲基溴化铵、3mL20%的NaOH混合后140℃下反应1h,复合材料的综合力学性能最好,界面相容性得到改善,其拉伸强度提高了6.39%,撕裂强度提高了5.85%,但断裂伸长率下降了3.11%。苄基化改性后,复合材料的热稳定性较未改性有所减小,复合材料的生物降解性几乎没有发生变化。⑸采用马来酸酐对PBS基体进行接枝改性,讨论了接枝率的影响因素,研究了马来酸酐接枝改性对复合材料性能的影响,发现,马来酸酐接枝PBS的接枝率与反应温度、马来酸酐含量、自由基引发剂含量密切相关,其随相应因素的升高或增多呈先增大后减小的趋势,当反应温度为140℃,马来酸酐含量为3%,自由基引发剂含量为5%时,接枝率达到最大值11.67%;马来酸酐改性后,复合材料的界面相容性较好,复合材料的拉伸强度提高了20.15%,撕裂强度提高了20.97%,断裂伸长率提高了31.27%,复合材料的热稳定性也得到显著地增大;马来酸酐改性后复合材料的降解性变化不明显。
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