原位聚合植物纤维改性尼龙6结构与性能研究

论文摘要

采用原位聚合的方法制备了尼龙6/植物纤维原位复合材料,讨论了复合材料的制备工艺因素对聚合的影响,并对复合材料的结构与性能进行了表征,研究了碱处理和己内酰胺接枝处理植物纤维对复合材料性能的影响。在较低温度下制备了尼龙6/植物纤维原位复合材料,首先对复合体系的催化剂进行了进行了筛选,以复合催化剂(磷酸和助催化剂)作为反应体系的催化剂,然后讨论了催化剂配比和含量、反应温度、时间、体系含水量、真空度、纤维含量、纤维状态对聚合的影响,确定最优的条件为:含水量5wt%,反应温度180℃,反应时间7h,初始压力0.2MPa,后期压力为0.04～0.06MPa。干纸浆纤维含量小于1.25wt%,复合催化剂总含量1wt%,复合催化剂质量配比(磷酸:助催化剂=1:1.5),在此工艺条件下获得复合材料基体粘均分子量为4.36×104。对复合过程中的纤维进行了IR、SEM等分析,表明纤维在聚合前后基本保持纤维的化学和物理结构,纤维和基体之间有一定的界面结合,有形成氢键复合物的趋向。对植物纤维进行了碱处理和己内酰胺接枝处理,接枝处理的植物纤维TG分析表明,接枝后最大失重速率温度提高13.4℃,最大失重速率时失重率降低了4.2%,纸浆纤维接枝后耐热性能提高。讨论了未处理和处理的纤维含量对复合材料性能的影响,综合来讲,接枝处理的纤维比碱处理纤维更有利于复合材料力学性能的提高。纤维含量在1wt%时,材料还保持拉伸取向现象,复合材料拉伸性能最好,未处理、碱处理、接枝处理的复合材料拉伸强度分别为60.3MPa,64MPa,68MPa,相对未加纤维的复合材料,分别提高了9.6%,16.4%,23.6%。碱处理和接枝处理改善了复合材料冲击性能,在纤维含量为2.5wt%时,分别为8.9和12kJ/m2,比未处理纤维的复合材料冲击强度提高21.3%和63.5%。复合材料维卡软化点随先纤维含量增加而升高然后有所下降,纤维含量在2.5%时最大,未处理,碱处理,接枝处理的纤维复合材料分别为197.3℃,198℃,200℃,比相同条件下合成的纯尼龙提高12.4℃,13.3℃,16.3℃。复合材料冲击断面分析表明接枝处理的纤维和基体界面粘结性良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 植物纤维概况
• 1.2.1 植物纤维的分类及形式
• 1.2.2 植物纤维的结构与性能
• 1.2.3 植物纤维的性能
• 1.3 尼龙6 概述
• 1.3.1 尼龙6 简介
• 1.3.2 尼龙6 的聚合原理和工艺技术
• 1.4 尼龙6 原位聚合改性研究进展
• 1.4.1 刚性有机高分子/尼龙6 原位复合材料
• 1.4.2 纳米粒子/尼龙6 原位复合材料
• 1.4.3 尼龙6 原位改性的优势及存在的问题
• 1.5 聚酰胺/植物纤维复合材料研究进展
• 1.5.1 复合体系可行性分析
• 1.5.2 聚酰胺/植物纤维复合材料的制备方法
• 1.5.3 植物纤维在聚酰胺中的分散
• 1.5.4 聚酰胺/植物纤维复合材料的界面相容性
• 1.5.5 聚酰胺/植物纤维复合材料的其他性能研究
• 1.5.6 聚酰胺/植物纤维复合材料的优势及面临的问题
• 1.6 本文构思和研究内容
• 第2章 实验原料、仪器及测试方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 测试分析
• 2.3.1 结构表征
• 2.3.2 性能测试
• 第3章 尼龙6/植物纤维原位复合材料的制备和表征
• 3.1 实验流程
• 3.2 尼龙6/植物纤维原位复合材料的制备工艺分析
• 3.2.1 催化体系的选择
• 3.2.2 催化剂的用量对聚合的影响
• 3.2.3 反应温度对聚合的影响
• 3.2.4 体系含水量对聚合的影响
• 3.2.5 真空度对聚合的影响
• 3.2.6 反应时间对聚合影响
• 3.2.7 植物纤维对聚合的影响
• 3.3 尼龙6/植物纤维原位复合材料的结构与性能分析
• 3.3.1 尼龙6/植物纤维原位复合材料红外分析
• 3.3.2 植物纤维在复合前后的结构分析
• 3.3.3 尼龙6/植物纤维原位复合材料TG 分析
• 3.3.4 尼龙6/植物纤维原位复合材料溶解分析
• 3.3.5 尼龙6/植物纤维原位复合材料断面形貌
• 3.3.6 尼龙6/植物纤维原位复合材料综合性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 预处理植物纤维原位复合材料结构与性能研究
• 4.1 实验流程
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 接枝后纤维的表征
• 4.2.2 复合材料的拉伸性能
• 4.2.3 复合材料的冲击性能
• 4.2.4 复合材料吸水性能
• 4.2.5 复合材料热性能
• 4.2.6 复合材料的断面形貌
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 硕士期间发表的相关论文