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《北京林业大学》 2011年
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木粉弱极性化处理及木塑复合材料性能研究

梅超群  
【摘要】:本研究采用杨木木粉和高密度聚乙烯(HDPE)为原料,研究了杨木木粉的粒径对木塑复合材料力学性能的影响,采用马来酸酐、丙烯酸十八酯、硅烷偶联剂对杨木木粉的表面进行改性,优化了木塑复合材料的加工工艺,表征了改性前后的杨木木粉的表面特性,探讨了木粉与塑料之间界面结合的机理以及木粉的表面特性与复合材料性能之间的关系,主要研究内容及结论如下: (1)研究了杨木木粉粒径的大小对木塑复合材料力学性能的影响,结果表明,在本文研究的木粉粒径范围内,木塑复合材料的抗张模量和弯曲模量受木粉粒径的影响不大,随着木粉粒径的增大略有增大,但是抗张强度和弯曲强度随着木粉粒径的增大而增大。 (2)采用马来酸酐、丙烯酸十八酯和硅烷偶联剂对杨木木粉进行改性,借助正交试验,分别探讨了HDPE、马来酸酐、丙烯酸十八酯、硅烷偶联剂的用量对杨木/HDPE复合材料力学性能的影响,确定优化的HDPE用量为基体总质量的30%-35%,优化的马来酸酐用量为基体总质量的5%,优化的丙烯酸十八酯用量为基体总质量的3%,优化的硅烷偶联剂用量为基体总质量的2%。 (3)用毛细管上升法测定了不同探测液在杨木木粉表面的接触角,结合Washburn方程和Owens-wendt-Kaelble法,研究了温度对杨木木粉表面自由能和表面极性的影响,结果表明,未经处理的杨木木粉的表面自由能为23.43mN/m,极性分量为18.79mN/m,非极性分量为4.64mN/m。在处理时间为2小时的条件下,随着处理温度的上升,杨木木粉的总表面自由能略有下降,体现其分子色散力的非极性表而自由能上升,体现其表面极性值的极性表面自由能下降。 (4)采用FTIR对改性前后的杨木木粉结构进行表征,并用毛细管上升法测定了不同探测液在改性杨木木粉表面的接触角,结合Washburn方程和Owens-wendt-Kaelble法计算了改性杨木木粉的表面自由能及其分量,探讨了木粉与高密度聚乙烯复合的界面结合机理,结果表明,改性后的杨木木粉在3344cm-1处羟基(-OH)的吸收峰明显减弱,2921cm-1和2854cm-1处分别是甲基、亚甲基的C-H吸收峰明显增强,表明改性后的杨木木粉的极性降低。采用马来酸酐、丙烯酸十八酯和硅烷偶联剂改性后的杨木木粉的表面自由能分别为48.31mN/m、46.88mN/m和34.37mN/m,体现其表面极性值的极性表满自由能分别为0.4mN/m、1.21mN/m和3.04mN/m。而高密度聚乙烯的表面自由能为31.2mN/m,根据Zisman临界表面自由能理论,高密度聚乙烯能在改性后的杨木木粉的表面润湿铺展。 (5)研究了杨木木粉的表面特性与其木塑复合材料性能之间的关系,结果表明,采用马来酸酐、丙烯酸十八酯和硅烷偶联剂改性的杨木木粉制备的木塑复合材料的抗张强度、弯曲强度和弯曲模量均有较大幅度的提高,而吸水率和厚度膨胀率有较大幅度的下降,且具有较好的界面粘合性,这些都有力地证明了木塑界面形成过程中的界面润湿理论。采用毛细管上升法测定探测液在木粉表面的接触角,再结合Washburn方程和Owen s-wendt-Kaelble法计算木粉的表面自由能及其分量是一种有用的低成本的表征木粉表面特性的半定量的方法。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB332

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【引证文献】
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