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竹基复合材料的制备、表征及性能研究

黄媛媛  
【摘要】: 竹子是一种天然结构复合材料,由于其防水性能强、弹性好、强度高、比重小、生长速度快、价格便宜,竹子在材料行业越来越受到重视。而我国又是一个产竹大国,竹材加工业在我国的发展也十分迅速,竹加工过程中产生的废屑自然也备受关注。因此,本文利用竹废屑代替木材制成胶合板和竹塑材料,即可充分利用废弃生物质资源,避免焚烧、废弃时所造成的环境污染,又提高了竹材的附加值。制备和表征竹基MUF复合材料与竹纤维/PCL复合材料,并对它们的理化性能进行分析是本文研究的主要内容。通过一系列的实验,得出的主要结论如下: (1)竹基MUF复合材料试验中,MUF树脂的配方优化结果为:M:U=1.5:1,M:F=1.5:4.4,最佳改性剂为纳米SiO2。竹粉的最佳改性剂为铝酸酯,用量为1.5%左右。竹粉和MUF的最佳配比为:竹粉55目,施胶量14%。最佳的热压工艺为:压力为10MPa,热压温度为145℃,热压时间为10 min。 (2)采用紫外加速老化的方法,通过质量损失率、力学性能及羰基、乙酰基指数的变化,研究了不同改性剂对竹基MUF复合材料光老化性能的影响。结果表明,纳米TiO2对材料的老化起到了一定的促进作用;纳米SiO2在复合材料中起到了较明显的抗老化作用。 (3)在竹纤维/PCL复合材料的研究过程中发现,通过添加双氨基硅烷偶联剂,改善了竹纤维/PCL复合材料的相容性和力学性能,同时用旋转正交设计优化了竹纤维/PCL复合材料的压制工艺,其最佳工艺条件为:热压温度为在95℃、成型时间9min、压力为21MPa。 (4)通过对竹纤维/PCL复合材料和纯PCL的结晶动力学研究,发现竹纤维减弱了PCL的结晶能力,不能作为PCL的成核剂。通过采用三种模型对PCL和竹纤维/PCL复合材料进行研究发现,Jeziorny法适合描述复合材料的早期结晶阶段,但对结晶后期阶段由于PCL存在二次结晶现象而出现了一些偏离;Ozawa法不适合描述其结晶过程;Mo法则可以较好地描述其结晶过程。 以上的基础研究为农业废弃资源的综合利用以及农业产业化开辟了一条崭新的途径,为竹基复合材料的生产提供了一定的理论依据和实际参考。


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