聚乙烯木塑复合材料的液相化学氧化处理及其表面特性研究

论文摘要

聚乙烯木塑复合材料有表面极性较低不利于胶接的缺点,因此,本文选用液相化学氧化法来处理聚乙烯木塑复合材料表面,通过胶接来测试其胶接强度的变化,测量接触角的变化来表征其表面润湿性的改变,并利用XPS、FT-IR和SEM等仪器来分析其表面结构、成分及形态的变化。首先,对高锰酸钾、重铬酸钾、高氯酸钠、过氧化氢和过硫酸铵5种氧化剂处理后的聚乙烯木塑复合材料胶接强度和接触角的测试,选定胶接强度相对高的重铬酸钾的硫酸溶液作为聚乙烯木塑复合材料的处理液。通过对处理液优化选择,可知在处理温度为30℃下,当K2Cr207/浓H2SO4/H2O（质量比）为1：20：12时,处理后聚乙烯木塑复合材料的胶接强度较高。进一步升高温度,当温度为50℃时,处理后聚乙烯木塑复合材料的胶接强度达到11.134MPa。同时,对处理后聚乙烯木塑复合材料表面进行XPS、FT-IR和SEM微观分析,通过XPS、FT-IR分析可知处理后的材料表面形成大量的C-O和C=O,这些极性键的大量生成使材料表面极性增加；而在SEM观察时,可见材料表面形成有利于胶接的沟槽。其次,对原处理液[K2Cr207/浓H2SO4/H2O（质量比）=1：20：12]进行去掉氧化剂、硫酸比例减半以及硫酸量仅能提供酸性环境三种变化时,与原处理液相比胶接强度均明显下降,当进行去掉氧化剂及硫酸量仅能提供酸性环境变化时,通过XPS、FT-IR分析,其表面氧化程度与原处理液处理效果相当,但通过SEM观察时,可见表面蚀刻程度降低。当进行硫酸比例减半变化时,分析结果与前者相似,而表面蚀刻对胶接强度影响较大。可见,要使处理后聚乙烯木塑复合材料的胶接强度增加,需要重铬酸钾和浓硫酸的共同作用。最后,在原处理液内添加三氯化铁和硫酸铜作为催化剂,处理结果显示其胶接强度与未添加催化剂时相比增加了1.14MPa,证明铁铜催化剂有一定的催化氧化能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 木塑复合材料的概况
• 1.2 聚乙烯木塑复合材料的连接
• 1.3 液相化学氧化处理
• 1.3.1 浓硝酸处理
• 1.3.2 浓硫酸处理
• 1.3.3 高锰酸钾处理
• 1.3.4 次氯酸盐处理
• 1.3.5 磷酸处理
• 1.3.6 配合酸处理
• 1.3.7 有机酸处理
• 1.4 本论文研究目的和意义
• 2 实验部分
• 2.1 主要仪器设备
• 2.2 主要试剂
• 2.3 材料的制备
• 2.4 表面处理
• 2.5 分析测试
• 2.5.1 接触角测试
• 2.5.2 压缩剪切测试
• 2.5.3 X射线光电子能谱仪（XPS）测试
• 2.5.4 傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）测试
• 2.5.5 扫描电子显微镜（SEM）测试
• 3 处理液体系的选择及优化
• 3.1 氧化剂的优化
• 3.1.1 氧化剂的选择
• 3.1.2 处理液的配比
• 3.1.3 测试结果及分析
• 3.1.4 小结
• 3.2 铬酸处理液的优化
• 3.2.1 铬酸处理液的配比
• 3.2.2 测试结果及分析
• 3.2.3 小结
• 3.3 本章小结
• 4 铬酸处理液处理聚乙烯木塑复合材料的表面分析与测试
• 4.1 压缩剪切强度测试结果与分析
• 4.2 接触角测试结果及分析
• 4.3 扫描电子显微镜（SEM）结果及分析
• 4.4 X射线光电子能谱（XPS）分析
• 4.4.1 未处理聚乙烯木塑复合材料表面的XPS分析
• 4.4.2 未处理杨木表面的XPS分析
• 4.4.3 聚乙烯木塑复合材料在不同处理时间下表面的XPS分析
• 4.4.4 杨木在不同处理时间下表面的XPS分析
• 4.5 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析
• 4.5.1 聚乙烯木塑复合材料在不同处理时间下表面的FT-IR分析
• 4.5.2 未处理的杨木表面的FT-IR分析
• 4.6 本章小结
• 5 铬酸处理液各组分对聚乙烯木塑复合材料表面性能的影响
• 5.1 去除重铬酸钾的处理液对聚乙烯木塑复合材料表面性能的影响
• 5.1.1 压缩剪切强度测试结果及分析
• 5.1.2 接触角测试结果及分析
• 5.1.3 扫描电子显微镜（SEM）结果及分析
• 5.1.4 聚乙烯木塑复合材料在不同处理时间下表面的XPS分析
• 5.1.5 聚乙烯木塑复合材料在不同处理时间下表面的FT-IR分析
• 5.1.6 小结
• 5.2 浓硫酸用量减半的铬酸处理液对聚乙烯木塑复合材料表面性能的影响
• 5.2.1 压缩剪切强度测试结果及分析
• 5.2.2 扫描电子显微镜（SEM）结果及分析
• 5.2.3 聚乙烯木塑复合材料在不同处理时间下表面的XPS分析
• 5.2.4 聚乙烯木塑复合材料在不同处理时间下表面的FT-IR分析
• 5.2.5 小结
• 5.3 硫酸的量仅提供酸性环境的铬酸处理液对聚乙烯复合材料表面性能的影响
• 5.3.1 压缩剪切强度测试结果及分析
• 5.3.2 扫描电子显微镜（SEM）结果及分析
• 5.3.3 聚乙烯木塑复合材料在不同处理时间下表面的XPS分析
• 5.3.4 聚乙烯木塑复合材料在不同处理时间下表面的FT-IR分析
• 5.3.5 小结
• 5.4 加入催化剂处理对聚乙烯木塑复合材料表面性能的影响
• 5.4.1 催化剂选择
• 5.4.2 压缩剪切强度变化分析
• 5.4.3 扫描电子显微镜（SEM）结果及分析
• 5.4.4 聚乙烯木塑复合材料在不同处理时间下表面的XPS分析
• 5.4.5 聚乙烯木塑复合材料在不同处理时间下表面的FT-IR分析
• 5.4.6 小结
• 5.5 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