稻壳粉/废旧高密度聚乙烯复合材料的耐老化性能

论文摘要

本论文通过测试分析稻壳粉／废旧高密度聚乙烯（RH/RHDPE）复合材料在人工加速老化（热氧、紫外）试验条件下的性能变化,研究了不同环境因素对材料老化性能的影响,并评价了不同抗老化剂（光稳定剂、紫外线吸收剂、颜料）对材料在紫外老化中的保护作用以及它们复配的效果。采用静态力学性能测试、色差分析、傅立叶变换红外光谱以及扫描电子显微镜联用X射线衍射能谱仪等手段研究老化后复合材料各种性能的变化情况,最终为提高木塑复合材的耐候性提供一定的理论基础。研究结果表明：1、采用废旧HDPE制备的复合材料颜色性能与原生HDPE制备的复合材料在色差达到20个单位。从FTIR图谱分析发现,废旧HDPE中掺杂了聚氯乙烯和聚丙烯,羧基的出现表明废旧塑料已发生一定程度的氧化。尽管废旧高密度聚乙烯成分不纯净并出现一定的氧化现象,但制备出的复合材料性能并未有明显下降,所以利用废旧塑料不仅具有环保意义而且在材料性能上具备一定优势。2、经过热氧老化后稻壳粉／废旧高密度聚乙烯复合材料的颜色明显变暗；热氧老化前期弯曲强度提高幅度较大,达到4MPa/32h,但从128h以后强度提高幅度明显减小。随着热氧老化的进行HDPE发生了晶相转变,在老化初期64h微晶尺寸和结晶度均出现提高,64h以后其结晶度和微晶尺寸均达到了饱和；从FTIR分析中发现在热氧老化中RH/RHDPE复合材料羰基指数和木材指数都出现了降低；经过SEM观察,RH/RHDPE复合材料热氧老化后表面由原来的光滑平整变为粗糙不平,而且在局部出现了黑斑。FTIR和SEM均表明经过热氧老化后RH/RHDPE复合材料中的稻壳粉发生了降解；热氧老化中弯曲强度提高应该是由于加热条件下RH/RHDPE复合材料两相的运动使得稻壳粉与HDPE的相容性得到提高以及WPC的内应力的逐步释放。颜料铁红在材料热氧老化中仅起到了固色的作用。3、稻壳粉／废旧高密度聚乙烯复合材料在紫外老化过程中分子链的断链、结晶以及交联反应同时发生,初期以断链为主,且HDPE晶相有一定转变；紫外老化1000h时力学强度趋于平衡表明断链反应和交联反应也趋于平衡；老化1500h-2000h力学强度反而出现了提高表明紫外老化后期交联反应程度加剧。4、紫外线吸收剂（UV326）和光稳定剂（HALS770）有很好的协同作用,在紫外老化过程中UV326损失主要是由于冷凝循环过程中被水冲刷掉所致。二者与铁红复配对RH/RHDPE复合材料的颜色、力学强度及表面形貌均起到了很好的保护作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 稻壳粉/废旧塑料复合材料的意义及应用
• 1.1.1 发展稻壳粉/废旧塑料复合材料的意义
• 1.1.2 木塑复合材料的应用
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2.1 木塑复合材料老化现象
• 1.2.2 WPC老化研究进展
• 1.2.3 本文的特色与创新点
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 稻壳粉/废旧高密度聚乙烯复合材料的制备及表征
• 2.1 实验原料和主要仪器设备
• 2.1.1 试验原料
• 2.1.2 本研究所使用的仪器及设备
• 2.2 稻壳粉/废旧高密度聚乙烯复合材料的制备与性能检测
• 2.2.1 复合材料的挤出条件
• 2.2.2 复合材料性能测试
• 2.3 结果及讨论
• 2.3.1 原生与废旧HDPE制备两种复合材料的颜色对比
• 2.3.2 原生与废旧HDPE制备两种复合材料的弯曲性能对比
• 2.3.3 FTIR分析
• 2.4 本章小结
• 3 热氧老化对稻壳粉/废旧高密度聚乙烯复合材料性能的影响
• 3.1 前言
• 3.2 研究方法
• 3.3 结果及讨论
• 3.3.1 热氧老化对复合材料颜色的影响
• 3.3.2 热氧老化对复合材料质量的影响
• 3.3.3 热氧老化对复合材料弯曲性能的影响
• 3.3.4 热氧老化前后WAXD分析
• 3.3.5 热氧老化前后FTIR分析
• 3.3.6 热氧老化对稻壳粉/废旧高密度聚乙烯复合材料表面形貌的影响
• 3.4 本章小结
• 4 抗老化剂对稻壳粉/废旧高密度聚乙烯复合材料紫外老化性能的影响
• 4.1 紫外老化机理及抗老化剂作用机理
• 4.1.1 稻壳粉老化机理
• 4.1.2 聚乙烯老化机理
• 4.1.3 紫外线吸收剂作用机理
• 4.1.4 光稳定剂作用机理
• 4.2 研究方法
• 4.2.1 使用的材料
• 4.2.2 人工加速紫外老化试验
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 紫外加速老化对复合材料颜色的影响
• 4.3.2 紫外加速老化对复合材料弯曲强度的影响
• 4.3.3 电子显微镜联用X-射线能谱仪（SEM-EDXA）分析
• 4.3.4 WAXD分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢