聚烯烃/亚麻纤维复合材料的研究

论文摘要

亚麻纤维是一种资源丰富，价格低廉的天然纤维，聚烯烃/亚麻纤维复合材料对充分利用亚麻资源、环境保护具有重要意义。本实验根据塑料填充改性的原理，选用聚烯烃和亚麻纤维作为主要原料，采用双辊混炼工艺来制备PE/亚麻纤维、PVC/亚麻纤维复合材料。采用钛酸酯、硅烷偶联剂和硬脂酸等表面改性剂对亚麻纤维进行了表面处理，考察了不同表面改性剂对PE/亚麻纤维、PVC/亚麻纤维复合材料各项性能的影响。结果表明：经NDZ-201型钛酸酯偶联剂处理后，PE/亚麻纤维复合材料的综合性能最佳；经KBC-1003型硅烷偶联剂处理后，PVC/亚麻纤维复合材料的综合性能最佳。实验采用液相悬浮接枝法，选用丙烯酸甲酯接枝亚麻纤维，制得接枝物A，确定出接枝最佳条件：单体与亚麻质量比为1.2，引发剂与单体的质量比为0.12，温度60℃，时间4h；制备了接枝物B（亚麻-g-BA）、双单体接枝物C（亚麻-g-（MA/BA））。并对它们进行红外光谱表征，测试表明得到预定的接枝物。考察两种处理方法对复合材料力学性能的影响，结果表明：添加接枝物的复合材料力学性能均好于添加表面改性剂处理亚麻纤维的复合材料力学性能。其中添加接枝物C的复合材料的力学性能最佳， PE/亚麻纤维复合材料的冲击、拉伸和弯曲强度分别提高了71%、25%和81%， PVC/亚麻纤维复合材料的冲击、拉伸和弯曲强度分别提高了105%、122%和171%。对复合材料的物理性能和加工性能进行了研究，结果表明：表面改性剂处理亚麻纤维后，复合材料的密度变化不大，耐水性能和加工性能有所改善；接枝改性处理亚麻纤维对复合材料密度影响不大，耐水性能和加工性能均有很大程度的提高。通过SEM观察复合材料的断面形貌发现，表面改性剂处理和接枝改性两种方法都改善了复合材料的界面作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 麻类资源的研究及应用现状
• 1.2.1 麻纤维的结构与性质
• 1.2.2 麻纤维的应用现状
• 1.3 麻纤维的改性处理
• 1.3.1 物理方法
• 1.3.1.1 热处理
• 1.3.1.2 放电处理
• 1.3.1.3 其他方法
• 1.3.2 化学方法
• 1.3.2.1 碱处理
• 1.3.2.2 偶联剂处理
• 1.3.2.3 乙酰化处理
• 1.3.2.4 接枝改性处理
• 1.4 聚合物/麻纤维复合材料的研究
• 1.4.1 热固性树脂/麻纤维复合材料性能的研究
• 1.4.2 热塑性树脂/麻纤维复合材料性能的研究
• 1.5 聚合物/麻纤维复合材料的加工工艺
• 1.6 麻纤维/聚合物复合材料的性能及用途
• 1.6.1 聚合物/麻纤维复合材料的性能
• 1.6.2 聚合物/麻纤维复合材料的用途
• 1.7 本论文研究的方法和主要研究内容
• 1.7.1 本论文的研究方法
• 1.7.2 本论文的研究内容
• 1.7.3 本论文的创新之处
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料及药品
• 2.2 实验仪器及设备
• 2.3 实验原料的预处理
• 2.3.1 亚麻纤维的预处理
• 2.3.2 基体树脂的预处理
• 2.3.3 亚麻纤维的表面改性处理
• 2.4 亚麻纤维的接枝改性研究
• 2.4.1 接枝物A，B，C的制备方法
• 2.4.2 接枝物A，B，C的纯化
• 2.4.3 接枝率的测定方法
• 2.5 聚烯烃/亚麻复合材料的加工方法及工艺
• 2.6 性能测试及表征
• 2.6.1 红外光谱测定
• 2.6.2 聚烯烃/亚麻复合材料的力学性能测试
• 2.6.2.1 复合材料的冲击性能测试
• 2.6.2.2 复合材料的拉伸性能测试
• 2.6.2.3 复合材料的弯曲性能测试
• 2.6.3 聚烯烃/亚麻复合材料的物理性能测试
• 2.6.3.1 复合材料的密度测试
• 2.6.3.2 复合材料的吸水性能测试
• 2.6.4 聚烯烃/亚麻复合材料的加工性能测试
• 2.6.5 聚烯烃/亚麻复合材料的微观形貌测试
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 表面改性剂对聚烯烃/亚麻纤维复合材料性能的影响
• 3.1.1 PE/亚麻纤维复合材料性能的研究
• 3.1.1.1 亚麻纤维用量对 PE/亚麻纤维复合材料性能的影响
• 3.1.1.2 NDZ－201 偶联剂对 PE/亚麻纤维复合材料性能的影响
• 3.1.1.3 表面改性剂对 PE/亚麻纤维复合材料性能的影响
• 3.1.2 PVC/亚麻纤维复合材料性能的研究
• 3.1.2.1 亚麻纤维用量对 PVC/亚麻纤维复合材料性能的影响
• 3.1.2.2 NDZ－201 偶联剂对 PVC/亚麻纤维复合材料性能的影响
• 3.1.2.3 表面改性剂对 PVC/亚麻纤维复合材料性能的影响
• 3.2 亚麻接枝物对聚烯烃/亚麻纤维复合材料性能的影响
• 3.2.1 接枝工艺条件的确定
• 3.2.1.1 引发剂用量对接枝率和接枝效率的影响
• 3.2.1.2 单体用量对接枝率和接枝效率的影响
• 3.2.1.3 反应温度对接枝率和接枝效率的影响
• 3.2.1.4 反应时间对接枝率和接枝效率的影响
• 3.2.1.5 接枝单体种类对接枝率和接枝效率的影响
• 3.2.2 接枝产物的 IR 分析
• 3.2.3 PE/亚麻接枝物复合材料性能的研究
• 3.2.3.1 亚麻接枝物对复合材料力学性能的影响
• 3.2.3.2 亚麻接枝物对复合材料密度的影响
• 3.2.3.3 亚麻接枝物对复合材料吸水性能的影响
• 3.2.3.4 亚麻接枝物对复合材料加工性能的影响
• 3.2.3.5 亚麻接枝物对复合材料微观结构的影响
• 3.2.4 PVC/亚麻接枝物复合材料性能的研究
• 3.2.4.1 亚麻接枝物对复合材料力学性能的影响
• 3.2.4.2 亚麻接枝物对复合材料密度的影响
• 3.2.4.3 亚麻接枝物对复合材料吸水性能的影响
• 3.2.4.4 亚麻接枝物对复合材料加工性能的影响
• 3.2.4.5 亚麻接枝物对复合材料微观结构的影响
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录