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木质基EPDM/PP复合材料的流变及力学性能研究

勾锐  
【摘要】:针对木质基剩余物利用的研究主要集中在木质剩余物和造纸废液两个方面。由于木质剩余物具有更多木材的属性,其应用相对较为广泛;而对于造纸废液利用的研究主要集中在从中提取和改性木质素方面。本文从造纸废液中提取木质素磺酸铵(AL)作为主要材料,结合三元乙丙橡胶(EPDM)和聚丙烯(PP),采用动态硫化工艺,制备出一种新型材料木质基EPDM/PP复合材料,探讨了各因素对这种复合材料性能的影响。本文以EPDM用量为固定值,以AL用量和PP用量为变量,讨论了主料用量对木质基EPDM/PP复合材料性能的影响;研究了过氧化物(DCP)、硫磺(S)和酚醛树脂(Sp1045)三种硫化体系下,硫化剂用量、促进剂用量、挤出温度和转子速率对复合材料性能的影响;本文还研究了木粉对材料的增强作用以及环烷油对材料内部分散性能的影响。本文主要研究结论归纳如下:(1)主料用量对复合材料性能的影响AL作为补强剂存在于混合体系之中,当AL用量由50份增加到100份时,复合材料的力学强度、弹性模量、储存模量、损耗模量和复数黏度都有显著升高,当AL用量从100份升高到150份时,复合材料的力学强度、储存模量、损耗模量和复数黏度整体上增加不显著,拉伸强度降低,但弹性模量增加仍然显著,复合材料的结晶度随PP用量的增加而升高,随AL用量的增加而降低;EPDM作为橡胶相存在于混合体系之中,随着EPDM用量的增加,复合材料的弹性和粘度增加,强度降低,橡胶特征越来越明显,PP作为塑料相存在于混合体系之中,随着PP用量的增加,复合材料的弹性和粘度降低,强度和结晶度增加,塑料特征越来越明显。(2)挤出工艺对复合材料性能的影响本文研究的挤出工艺包括挤出温度和转子速率两个内容。研究发现,三种硫化体系下,复合材料的性能随挤出温度变化的规律是一致的。当挤出温度为180℃时,复合材料的力学性能均达到最佳值;复合材料的储存模量、损耗模量和复数黏度均随挤出温度的升高而下降;复合材料的结晶度受挤出温度的影响不显著。而三种硫化体系下,转子速率对复合材料力学性能的影响却各不相同,DCP硫化体系下,当转子速率为100r/min时,复合材料的力学性能最佳,S硫化体系下,转子速率为150r/min时,复合材料的力学性能最佳,酚醛树脂硫化体系下,转子速率为50r/min时,复合材料的力学性能最佳。在DCP硫化体系和S硫化体系下,随着转子速率的增加,复合材料的储存模量、损耗模量和复数黏度升高,酚醛树脂硫化体系下,复合材料的粘度和模量是随着转子速率的增加先降低后升高的,在转子速率为150r/min时,复合材料的粘度和模量最高。三种硫化体系下,复合材料的结晶度都随转子速率的增加而降低。(3)硫化剂和促进剂对复合材料性能的影响本文研究表明,当DCP用量为2份,TAIC用量为1.5份,S用量为2份,TBSI用量为2份,PR用量为12份,Sncl2用量为2份时,所制得的复合材料的力学性能最佳。在DCP硫化体系下,复合材料的储存模量、损耗模量和复数黏度随DCP用量的增加先降低后升高,随TAIC用量的增加而升高,DCP用量为3份时最低,DCP用量为4份时最高,TAIC用量为0.5份时最低,TAIC用量为1.5份时最高。在硫磺硫化体系和酚醛树脂硫化体系下,硫化剂和促进剂用量对复合材料的流变性能影响不显著。三种硫化体系下,硫化剂和促进剂用量对复合材料的结晶度影响均不显著。(4)不同硫化体系间的比较研究复合材料的力学性能以酚醛树脂硫化体系下的最优,过氧化物硫化体系下的次之,硫磺硫化体系下的最差,但三者差异不显著;复合材料的储存模量、损耗模量和复数黏度是过氧化物硫化体系下的最高,硫磺硫化体系下的次之,酚醛树脂硫化体系下的最低,其中过氧化物硫化体系下复合材料的粘度和模量与其它两个硫化体系下的差异显著;复合材料的结晶度是硫磺硫化体系最高,过氧化物硫化体系次之,酚醛树脂硫化体系最低,三者差异不显著。(5)木粉对材料的增强机理研究本文研究表明,木粉用量对复合材料性能影响显著。复合材料的力学性能先随木粉含量的增加而增加,当木粉用量为60份时达到最大值,当木粉用量为90份时,复合材料的力学性能降低;复合材料的储存模量、损耗模量和复数黏度均随木粉用量的增加而升高;复合材料的结晶度受木粉用量的影响不显著。(6)环烷油对材料分散性能的影响环烷油对材料性能影响显著,随着环烷油用量的增加,混合体系的黏度降低,材料的力学性能、储存模量、损耗模量、复数黏度和结晶度均降低。当环烷油用量为10份时,橡胶颗粒最小,材料内部的分散性能最好,当环烷油用量增加到20份时,橡胶径粒开始增大,分散也不均匀,当环烷油用量为30份时,橡胶径粒继续增大,分散也更不均匀。


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