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《中国林业科学研究院》 2007年
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阻燃型木纤维—聚丙烯复合材料制备及性能研究

高黎  
【摘要】: 木塑复合材料是当前生物质材料研究领域中重要的研究方向之一。但是,由于木塑复合材料属于易燃材料,直接用于室内存在一定的安全隐患。本文开展的阻燃型木纤维-聚丙烯复合材料的研究,将提供一种具有阻燃功能的新型木塑复合材料,为扩展木塑复合材料的室内应用提供技术基础。 在本研究中,木纤维-聚丙烯复合材料的制备采用人造板平压工艺。通过对复合材料物理力学性能、燃烧性能等主要影响因子的研究,利用热重-差热联用分析仪、锥形量热仪以及红外光谱分析仪在对原料及复合材料的热解、燃烧特性进行分析基础上,筛选出适当的阻燃剂体系。在进行工艺因子与阻燃型木塑复合材料性能的相关性分析评价后,制备出高性能的阻燃型木塑复合材料。 本论文的主要研究结果如下: 1.聚丙烯(PP)加量、补强剂种类、产品密度和纤维形态四个变量因子对复合材料的物理力学性能有不同程度的影响。增加PP用量复合材料的各项物理力学性能都有显著提高;补强剂对复合材料物理力学性能提高也较明显,以2%PAPI的效果更好;提高产品密度对抗弯性能提高最显著;纤维形态对产品性能的影响规律不明显。制备高性能的木纤维-聚丙烯复合材料最佳因子水平为:PP加量为40%,补强剂为2%PAPI,产品密度为1.05g/cm~3,纤维形态为中粗纤维,制备的复合材料性能大幅度超过GB/T11718-1999室外用纤维板要求。 2.塑料原料的燃烧热是决定木塑复合材料燃烧性能的关键因子。PP燃烧热值高,其加量对复合材料的滞燃性能有非常显著的负面影响。复合材料中PP含量增加,复合材料氧指数大幅度降低,热释放速率和燃烧热值迅速升高。加入补强剂加速了复合材料的燃烧过程;其他因素如产品密度和纤维形态对复合材料的燃烧特性影响规律不明显。木塑复合材料的热解过程中,木纤维和聚丙烯有相互促进热解、燃烧的现象。 3.通过改变木纤维热解方式,SA阻燃剂促进木纤维提前分解成炭,减缓燃烧过程达到阻燃目的。通过热解活化能计算、红外光谱分析等机理分析证实,阻燃剂SA对木材的脱水过程中促使木材纤维表面活化,促使木塑界面和纤维间更好的相互融合,进而提高了木塑复合材料的物理力学性能,这一结论与传统的阻燃型人造板制造中阻燃剂对板材性能起负面作用的结论相反。 塑料阻燃剂以质量比3∶1的十溴二苯乙烷和三氧化二锑组成的DBT配方,质量比2.7∶1的十溴二苯乙烷和硼酸锌组成的DBZ配方以及100%高聚磷酸铵的APM配方阻燃效果较好。 由于阻燃剂阻燃机理的不同,单独使用木纤维阻燃剂或塑料阻燃剂配方都难以达到对木塑复合材料既定的阻燃目标。 4.制备阻燃型木纤维-聚丙烯复合材料的结果表明:木纤维阻燃剂SA加量、补强剂种类、补强剂加量、塑料阻燃剂种类、塑料阻燃剂加量和木塑比例6个变量因子中,木材阻燃剂SA加量、塑料阻燃剂加量和木塑比例对木塑复合材料的阻燃性能(氧指数)有显著影响,其他因子影响不显著。木材阻燃剂SA加入不仅显著提高了板材的氧指数,还使板材的一些物理力学性能有了显著提高;塑料阻燃剂APM和木材阻燃剂SA共同作用使木塑复合材料的阻燃效果显著增加;PP塑料在复合材料中含量的提高可以显著增强复合材料的物理力学性能,但导致材料氧指数有较大幅度的降低;补强剂加量增加可有效提高复合材料物理力学性能,而补强剂种类和塑料阻燃剂种类对物理力学性能的影响较小。木纤维阻燃剂SA影响了补强剂的固化效果,其交互作用对物理力学性能有一定的影响。 与普通木塑复合材料相比,阻燃型木塑复合材料氧指数显著提高,在整个燃烧过程的热释放速率,平均质量损失速率和有效燃烧热值等燃烧特性值都有显著降低。 在最优工艺条件下,本研究制备的阻燃型木塑复合材料性能达到以下指标:氧指数为39.6%,达到国家公共安全行业标准GA87-94中防火板F1级中氧指数≥35%的要求;物理力学性能:24h吸水厚度膨胀率为10.18%,内结合强度为0.966MPa,静曲强度为35.45MPa,弹性模量为4031MPa,沸腾试验内结合强度为0.272MPa,超过GB/T11718-1999中室内潮湿环境用(防潮型)中密度纤维板要求,甚至达到室外用板的性能指标。研究达到预期目标。
【学位授予单位】:中国林业科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TS653

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10 蒋坤云;植物根系抗拉特性的单根微观结构作用机制[D];北京林业大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 白冰;柴油车炭化微米木纤维过滤芯排气捕集机理与实验研究[D];东北林业大学;2011年
2 杨春梅;微米木纤维的形成机理及模拟加工[D];东北林业大学;2003年
3 陈彦;膨化纤维制缓冲包装材料研究[D];福建农林大学;2004年
4 贺金梅;木纤维增强线性低密度聚乙烯复合材料界面改性与阻燃的研究[D];东北林业大学;2003年
5 姚飞;稻草—木纤维复合材料制造工艺研究[D];南京林业大学;2004年
6 姜维娜;木纤维/无机纳米复合材料制备及板材性能研究[D];南京林业大学;2011年
7 侯戌岭;炭化微米木纤维滤芯对柴油车尾气颗粒捕集数浓度研究[D];东北林业大学;2013年
8 侯秀英;木塑复合强化木地板基材及其复合机理研究[D];福建农林大学;2005年
9 曾志海;纳米ZnO/木塑复合材料的制备及其性能研究[D];南京航空航天大学;2007年
10 周覃一;木纤维和添加剂对水泥基纤维复合材料性能影响的初步研究[D];中国林业科学研究院;2010年
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