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《浙江大学》 2010年
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毛竹颗粒表面化学/水热修饰及其增强PVC基复合材料性能表征

王会  
【摘要】:本文以聚氯乙烯(PVC)和竹产业加工废弃物竹屑为研究对象,研究了原料特性和热模压工艺对复合材料性能的影响,在此基础上,着重考察了化学/水热增容对竹颗粒特性及复合材料性能的影响。结果发现: 1)毛竹颗粒含水率为3%,复合材料中竹颗粒和PVC塑料的配比为5:5,竹颗粒粒径为0.9mm时,制备的竹颗粒增强PVC基复合材料的各项物理力学性能达到较佳。复合材料的较佳模压时间为8min,模压温度为180℃。 2)5%硅酸钠处理的竹颗粒增强PVC基复合材料拉伸强度达到最大值,为15.72MPa。浓度为5%和2%氢氧化钠处理的竹颗粒增强PVC基复合材料弹性模量和静曲强度分别达到最大值,为4362.48 MPa和44.73MPa。0.5%的氢氧化钠处理的竹颗粒增强PVC基复合材料2h、24h厚度膨胀率分别达到最小值。采用不同溶液处理后竹颗粒和PVC的相容性改善,氢氧化钠和硅酸钠处理后的竹颗粒在PVC基体中的分布均匀性较亚硫酸氢钠差。 3)高锰酸钾处理改善了毛竹颗粒在PVC基体中的分布,但高锰酸钾剂量过多会导致复合材料性能的降低。0.5%浓度的高锰酸钾修饰的竹颗粒增强PVC基复合材料的拉伸强度达到极大值,为13.79MPa。0.5%浓度的高锰酸钾修饰的竹颗粒增强PVC基复合材料的静曲强度和弹性模量分别达到极大值,为30.36MPa和3261.89MPa。高锰酸钾氧化处理增强了复合材料的弯曲变形率和断裂伸长率,改善了复合材料的耐水性。 4)水热处理改善了毛竹颗粒表面结构,有效去除了半纤维素、木质素、果胶等物质,水热处理后毛竹颗粒在复合材料基体中的分布更为均匀。180℃水热处理复合材料的拉伸强度、静曲强度和弹性模量分别达到极大值,为15.79MPa、39.57MPa和6702.26MPa。200℃水热处理复合材料的拉伸断裂伸长率达到最大值,为3.75%±0.20%,140℃水热处理复合材料的弯曲最大变形率达到最大值,为36.22%±2.70%。280℃水热处理复合材料的2h和24h吸水率、2h和24h吸水厚度膨胀率分别达到极小值,为1.18%±0.08%、3.34%±0.20%、0.49%±0.13%和1.3%±0.41%。 5)毛竹颗粒水热增容中,催化剂种类和浓度对毛竹颗粒特性及复合材料性能的影响显著。160℃时0.5%的硅酸钠催化水热处理毛竹颗粒的蛋白质、糖类、淀粉、果胶等物质的含量最小,为11.55wt%;120℃时0.5%硫酸催化水热处理毛竹颗粒的半纤维素含量最小,为7.58wt%;160℃下1%氢氧化钠催化水热处理毛竹颗粒的木质素含量略低,为11.31wt%。200℃下2%的硅酸钠水热处理毛竹颗粒增强PVC基复合材料的拉伸强度达到最大值,为26.98±4.69MPa。160℃下2%碳酸钾水热处理毛竹颗粒增强PVC基复合材料的弹性模量和静曲强度达到最大值,分别为6089.49±347.49MPa和52.16±2.54MPa。140℃下2%碳酸钠水热处理毛竹颗粒增强PVC基复合材料的拉伸断裂伸长率达到最大值,为4.41±0.03%。水热温度为160℃、浓度为2%氢氧化钠处理毛竹颗粒增强PVC基复合材料的弯曲最大变形率达到最大值,为91.92%±2.79%。120℃下催化剂浓度0.5%的硫酸水热处理毛竹颗粒增强PVC基复合材料的2h吸水率达到最小值,为1.61%±0.07%。180℃下催化剂浓度2%的硅酸钠水热处理毛竹颗粒增强PVC基复合材料的24h吸水率达到最小值,为3.43%±0.50%。,140℃下催化剂浓度0.5%的硅酸钠水热处理毛竹颗粒增强PVC基复合材料的2h厚度膨胀率达到最小值,为0.52%±0.15%。160℃下催化剂浓度1%的硅酸钠水热处理毛竹颗粒增强PVC基复合材料的24h厚度膨胀率达到最小值,为2.43%±0.13%。 本论文在复合材料界面水热增容及复合材料耐水性机理方面进行了探索研究,本论文的研究成果为天然纤维的表面修饰及其增强树脂基复合材料的研究提供了新的思路和方法,为木塑复合材料的应用提供了参考。
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