PP基木塑复合材料的应用研究

论文摘要

木塑复合材料是利用木粉、竹粉、果壳粉或农作物秸秆粉和塑料树脂或废旧塑料为主要原料,经高温混合、成型加工而制得的一种新型环保复合材料。满足环保要求的木塑复合材料的研究和应用,有利于缓解世界性的资源危机和生态问题。目前国内木塑复合材料的研究和生产,存在木质材料填充量小、加工性能和物理机械性能低劣等问题,迫切需要将其高性能化,为木质材料废弃物的再资源化提供更有效、更经济的方法。本文通过采用新型的相容剂和加工助剂,在保证聚丙烯（PP）基木塑复合材料良好的加工性能和物理机械性能前提下,木质材料用量大大增加,提高了木塑复合材料的性价比。本论文利用扫描电子显微镜（SEM）、示差扫描量热仪（DSC）等现代分析测试技术,研究了几种新型的相容剂和加工助剂以及沉淀白炭黑的品种和用量对PP基复合材料的结构和性能的影响。研究结果表明:（1）与相容剂三元乙丙橡胶接枝马来酸酐（EPDM-g-MAH）和聚丙烯接枝马来酸酐（PP-g-MAH）相比,乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐（POE-g-MAH）在木塑复合材料中的增容效果较好。在0～15份用量范围内,随POE-g-MAH用量的增加,复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度、弯曲模量逐渐增加。在稻糠用量为60份、沉淀白炭黑用量为20份情况下,与未加相容剂相比,当POE-g-MAH用量为10份时,复合材料的拉伸强度提高18.1%,冲击强度提高117.1%;（2）沉淀白炭黑在复合材料中起到了增强、增韧和增硬的作用。在0～20份用量范围内,随着白炭黑用量的增加,复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度、弯曲模量、硬度均增加。在稻糠用量为60份、POE-g-MAH用量为10份情况下,与未加入沉淀白炭黑相比,20份的沉淀白炭黑使复合材料的拉伸强度提高了49.8%,冲击强度提高了65.2%,弯曲强度提高了25.0%,硬度增加15.0%。沉淀白炭黑的加入使复合材料的耐热性得到改善,而复合材料的耐水性和加工性能降低不大;（3）在POE-g-MAH用量为10份、沉淀白炭黑用量为20份情况下,在0～120份用量范围内,随稻糠用量的增加,复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度不断下降;（4）在松木粉用量为100份、加工助剂用量为5.0份情况下,与未加入加工助剂相比,加入TKM80（不同结构的烷基酚与甲醛和改性剂的缩合物）的复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弯曲模量明显增加;加入60NSF（浅色脂肪烃树脂混合物）的复合材料的拉伸强度和冲击强度有所增加,弯曲强度和弯曲模量有所下降;加入WB16（钙皂和饱和脂肪酸酰胺混合物）的复合材料的冲击强度有所增加,拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量明显下降。在0～10份用量范围内,随TKM80的用量的增加,复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弯曲模量增加,最佳用量在5.0～8.0份之间;（5）通过转矩流变仪试验和复合材料冲击断面的SEM分析表明,POE-g-MAH、TKM80、60NSF和WB16都能提高木质材料在PP基体中的分散性,改善复合材料的加工性能。其中,WB16提高复合材料的加工性能最为明显,但是对复合材料的力学性能有不利影响;TKM80和60NSF还能够改善基体与木粉之间的相容性,从而提高复合材料的力学性能,其中TKM80的作用比60NSF更为明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 木塑复合材料
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 木塑复合材料的组成
• 1.1.3 木塑复合材料的性能
• 1.1.4 木塑复合材料的应用
• 1.2 木塑复合材料的研究进展
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内木塑复合材料的研究进展
• 1.2.3 木塑复合材料的市场现况及前景
• 1.3 木质纤维对材料性能的影响
• 1.3.1 木纤维的组成
• 1.3.2 木质纤维的特点
• 1.3.3 提高木质材料界面相容的方法
• 1.4 无机填料在木塑复合材料中的应用
• 3在PP中的应用'>1.4.1 纳米CaCO₃在PP中的应用
• 2在PP中的应用'>1.4.2 纳米TiO₂在PP中的应用
• 2在PP中的应用'>1.4.3 纳米SiO₂在PP中的应用
• 1.5 本论文的研究目的、意义、主要研究内容和创新点
• 1.5.1 本论文的研究目的和意义
• 1.5.2 本论文的主要研究内容
• 1.5.3 本论文的创新点
• 第二章 实验部分
• 2.1 原材料
• 2.2 主要设备与仪器
• 2.3 基本配方
• 2.4 试样制备
• 2.5 性能测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 相容剂品种和用量对木塑复合材料性能的影响
• 3.1.1 相容剂品种对木塑复合材料性能的影响
• 3.1.2 POE-g-MAH用量对木塑复合材料性能的影响
• 3.1.3 本节小结
• 3.2 沉淀白炭黑对木塑复合材料性能的影响
• 3.2.1 沉淀白炭黑的用量对木塑复合材料物理机械性能的影响
• 3.2.2 沉淀白炭黑的用量对木塑复合材料流变性能的影响
• 3.2.3 沉淀白炭黑不同用量的木塑复合材料的DSC分析
• 3.2.4 本节小结
• 3.3 稻糠对木塑复合材料性能的影响
• 3.3.1 稻糠用量对木塑复合材料物理机械性能的影响
• 3.3.2 稻糠的用量对木塑复合材料加工流变性能的影响
• 3.3.3 不同稻糠用量的木塑复合材料的SEM分析
• 3.3.4 本节小结
• 3.4 加工助剂对木塑复合材料性能的影响
• 3.4.1 加工助剂对木塑复合材料物理机械性能的影响
• 3.4.2 TKM80用量对木塑复合材料物理机械性能的影响
• 3.4.3 加工助剂对木塑复合材料流变性能的影响
• 3.4.4 不同加工助剂的木塑复合材料的SEM分析
• 3.4.5 本节小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢