收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高密度植物纤维功能材料制备、性能和机理的研究

韩文佳  
【摘要】:随着人们对石油、煤炭、矿石等不可再生资源的大力开采和消耗,以及石油基塑料的大量使用引起日益加剧的环境污染问题,植物资源的高质化利用成为全球研究的热点。具有环保、可降解、隔热保温等优良性能的天然植物纤维复合材料成为复合材料领域中增长最快的材料之一。目前,高密度的植物纤维复合材料必须大量使用石油基塑料或树脂组份,才能得优质的复合材料。但是,其环保性、可降解性受到很大影响,纤维材料疏松多孔的三维结构也难以保留。本论文以蔗渣纤维为原材料辅以少量化学助剂,采用湿热压成型技术与装备制备了可完全降解的高密度植物纤维功能材料(密度为800~950kg/m~3)。同时研究了其物理化学特征的变化,并对相关机理进行了探讨。 利用X衍射和CP/MAS ~(13)C NMR对蔗渣浆纤维微观结构组成进行了分析;通过高效阴离子交换色谱分析得到蔗渣浆纤维单糖组成为葡萄糖、木糖以及少量的阿拉伯糖;利用凝胶渗透色谱分析得到蔗渣纤维素的数均分子量Mn为3.28×10~5、重均分子量Mw为2.02×10~6、质均分子量Mw为5.03×10~6;利用热重分析研究了纤维原料的热解性能及其热解动力学模型。纤维原料的分析为新型植物纤维复合材料的开发奠定了理论基础。 研究了干燥压力、干燥时间、干燥温度对材料拉伸性能、挺度性能和防水性能的影响,同时优化得到最佳的制备工艺为干燥温度160℃、干燥时间4min、干燥压力为0.4MPa。此时得到的试样的弹性极限应力和弹性极限应变分别为9.24MP,0.43%;弹性模量为2.14GPa;形变极限和强度极限应力分别为3.26%和35.35MPa;材料的抗张吸收能为30.88J/m~2;材料应变εIV为0.12%;密度约为910kg/m~3;材料挺度为119.5mN.m,接触角增至110.54°,具有较好的性能。 利用显微镜、扫描电镜(SEM)研究了不同制备工艺条件下得到的高密度植物纤维功能材料结构;利用AFM对制备过程中纤维表面的微观变化进行了探讨;利用显微镜,研究了热压过程中的纤维搭接形变的特征并进行了量化。 通过电导滴定法测定不同工艺条件下得到的纤维试样的羧酸含量并计算得到内酯含量。结果表明内酯含量随着干燥温度、时间和压力的提高而增大,解释了纤维角质化的机理。利用X-衍射、ATR-FTIR和CP/MAS ~(13)C NMR等分析方法研究了不同制备工艺条件下纤维化学特征的变化。 依据毒性评价、吸湿性、抑制烟雾产生、发烟效果和成本比较等阻燃剂的选择原则,优选阻燃剂A、阻燃剂B、阻燃剂C作为高密度植物纤维功能复合材料用无机阻燃剂。通过正交试验分析得到最优的复合无机阻燃剂体系,其中各组分的配比为:阻燃剂B:阻燃剂A:阻燃剂C=2:3:1。为了在获得良好的阻燃性并尽量保留其物理强度,选用阻燃剂在添加量为60%,得到的试样燃烧过程中几乎没有烟生成,最后的灰烬颜色为黑色,此时材料的最大拉伸应力和应变值分别为21.15MPa、1.68%。 利用SEM分析了阻燃试样的结构和阻燃剂在试样中的分布,探讨了其留着机理;添加了1.5%的阳离子淀粉对阻燃的植物纤维功能材料进行了有效的强度补偿。按照GB/T 2406-92测得阻燃剂添加量为60%的试样的氧指数为31.2%,属于难燃材料;根据ASTM E86-08测定阻燃型高密度植物纤维功能材料的火焰蔓延指数为13.6,烟雾指数为108,达到室内墙体和天花板装饰的A级标准。 研究了单一阻燃剂、复配阻燃剂和阻燃型高密度植物纤维功能材料的热解性能并分析其阻燃机理。傅里叶衰减全反射红外(ATR-FTIR)分析了热解剩余物的红外谱图特征。当热解温度低于300℃,阻燃和非阻燃试样热解缓慢,没有出现新吸收峰。热解温度350℃时,非阻燃试样在1611cm-1处出现芳香环骨架振动吸收峰和1705cm-1为共轭羰基振动吸收峰,而阻燃试样未出现新的吸收峰。热解温度为400℃处理30S时,阻燃试样的热解剩余物的纤维素和半纤维素的特征吸收峰没有消失;非阻燃的试样,纤维素和半纤维素的特征吸收峰基本消失,几乎热解完全。处理时间延长至2min,阻燃和非阻燃试样的纤维组分都会被充分热解,呈现出类似的ATR-FTIR谱图特征。 利用显微镜和扫描电镜对不同热解温度条件下非阻燃和阻燃植物纤维功能材料热解剩余物的形态结构进行观察,可以直观的看到添加阻燃剂后热解剩余物的纤维网状结构得到很好的保持。通过SEM照片可以清晰的看到阻燃剂热解剩余物对纤维的包覆现象,进一步完善了阻燃机理。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;2011中国功能材料科技与产业高层论坛征文通知[J];材料导报;2011年13期
2 ;特种功能材料实验室简介[J];化学研究;2011年04期
3 周维;;功能性聚合物基纳米复合材料[J];贵州化工;2011年04期
4 赵明;夏昌奎;彭西洋;刘位浪;;释放负离子功能材料的研究进展[J];陶瓷;2011年08期
5 方少曼;李娟;文琛;;城市生活垃圾热解气化研究进展[J];绿色科技;2011年07期
6 任重;董元华;刘云;;面向污染场地的环境修复功能材料[J];环境监测管理与技术;2011年03期
7 张晓静;孙家书;韩喜妞;王超君;方少明;;一种星型聚合物引发剂的合成与表征[J];精细化工;2011年07期
8 陈德霞;叶志文;;1-甲基-5-硝亚氨基四唑氨基胍盐的合成[J];精细化工;2011年07期
9 唐宏科;薛锋锋;;P(AA-AM-VAc)/OMMT复合高吸水性树脂的制备[J];精细化工;2011年08期
10 胡娜娜;林兰英;傅峰;;炭化温度对木质导电炭粉导电性的影响[J];木材加工机械;2011年03期
11 钟慧琼;夏娟娟;赵增立;李海滨;;超富集植物热解中氯对重金属迁移特性的影响[J];农业工程学报;2011年07期
12 杨翠翠;孔志霞;崔京南;;用于染料敏化太阳能电池的苊并吡嗪类染料的合成[J];精细化工;2011年07期
13 袁洪友;阴秀丽;李志文;周肇秋;吴创之;;硫酸盐黑液直接苛化与水蒸气气化研究[J];农业机械学报;2011年08期
14 彭明生;王忠先;宋小平;杨龙广;;三甘醇苯并香豆素甲酸酯的合成及其荧光特性[J];精细化工;2011年07期
15 苏江勋;刘欢;郭莹;蔡华轮;许凯;陈鸣才;;环氧基POSS/PAMAM杂合材料的制备及其性能[J];精细化工;2011年08期
16 周威;先建波;孙家跃;杜海燕;;液相合成β-NaLuF_4:Yb~(3+),Er~(3+)胶体颗粒与光学性质研究[J];精细化工;2011年07期
17 龚圣;冯茜丹;丁姣;李翠金;杨卓如;;纳米锑掺杂氧化锡的表面改性[J];精细化工;2011年08期
18 左芳;安鹏;郑朝晖;丁小斌;彭宇行;;侧链携带二茂铁基的聚N-异丙基丙烯酰胺与β-环糊精聚合物构成的可控超分子体系[J];精细化工;2011年08期
19 ;我校首次获批国家“973”计划前期研究专项课题[J];陕西科技大学学报(自然科学版);2011年03期
20 孟庆华;于小霞;万基平;方永增;;含芴功能材料的研究与应用[J];信息记录材料;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄伯云;;国内外粉末冶金材料与技术研究的最新进展[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年
2 徐效清;李莉;邱广明;;环境友好的智能型功能材料的研究进展[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
3 都有为;臧文成;;功能材料新星——C_(60)团簇与固体[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
4 郭丽玲;胡伟达;王鲜;欧阳世翕;;层状(C_nH_(2n+1)NH_3)_2MnCl_4的制备及结构[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
5 杨槐;曹晖;王磊;王冬;丁杭军;;液晶性功能材料的分子设计、微结构调控、制备及性能[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
6 林旭;何红霞;张士雷;;印染后整理针织功能材料的检测关键技术的研究[A];2011年全国针织染整新技术研讨会论文集[C];2011年
7 马伯铃;余昌敏;项愚非;曾钫;吴水珠;;含生色团功能材料中能量转移体系的构建及应用[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
8 张增强;;远红外纤维及织物功能的探讨[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
9 丁浩;邓雁希;阎伟;;绢云母质功能材料的研究现状与发展趋势[A];2006中国非金属矿工业大会暨第九届全国非金属矿加工应用技术交流会论文专辑[C];2006年
10 潘泽琳;袁崇良;戴建国;陈立青;;高纯超微粉Al_2O_3实验与应用[A];第六届全国颗粒制备与处理学术会议论文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 韩文佳;高密度植物纤维功能材料制备、性能和机理的研究[D];华南理工大学;2011年
2 杨卿;麦草及其三种主要组分的热解规律[D];华南理工大学;2010年
3 王宗华;热解、气化过程中燃料-N的形态转化及迁移规律研究[D];华中科技大学;2011年
4 付鹏;生物质热解气化气相产物释放特性和焦结构演化行为研究[D];华中科技大学;2010年
5 费华;煤颗粒热反应过程中宏观动力学模型的构建[D];华中科技大学;2011年
6 宋春财;农作物秸秆的热解及在水中的液化研究[D];大连理工大学;2003年
7 张剑;极端条件下B-C-N体系功能材料的合成与表征[D];吉林大学;2006年
8 王述洋;生物质热解动力学建模及锥式闪速热解装置设计理论研究[D];东北林业大学;2002年
9 王海鹰;高压静电纺丝法构筑功能一维纳米材料并研究其性质[D];吉林大学;2008年
10 李鑫;废轮胎流化床热解特性研究[D];浙江大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 万云;固体废弃物的热解技术研究[D];重庆大学;2004年
2 秦丽娜;低变质煤热解—气化耦合工艺模拟优化研究[D];西安科技大学;2010年
3 黄苹;滇池沉积物及热解沉积物颗粒对磺胺甲恶唑的吸附、解吸[D];昆明理工大学;2012年
4 陈燕;东乌旗煤及不同化学组分热解动力学及其挥发分析出规律的研究[D];太原理工大学;2011年
5 宋绍勇;煤热解动学及其机理的实验研究[D];太原理工大学;2002年
6 尤先锋;煤热解产物的关联性研究[D];太原理工大学;2002年
7 马林转;褐煤与生物质两步法热解探索性试验研究[D];昆明理工大学;2004年
8 张春德;新型高分子仿生功能材料反应器的设计与控制[D];四川大学;2004年
9 石玉良;玉米秸秆热解及在甲醇中的热化学转化研究[D];太原理工大学;2010年
10 刘倩;功能材料的制备与表征[D];山东师范大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张伟杰 霍建伟 木金;功能材料科技与产业高层论坛在江大举行[N];镇江日报;2009年
2 杨福庚 张伟杰 唐晓红;2009中国功能材料科技与产业高层论坛在江苏大学举办[N];江苏科技报;2009年
3 记者 姚学文 通讯员 周科际;千余专家学者聚长研讨功能材料[N];湖南日报;2010年
4 吴班;联合利华在华举办功能材料研讨会[N];中国化工报;2010年
5 记者 刘肖勇 通讯员 谢俊洁;中山大学莱恩功能材料研究所揭牌[N];广东科技报;2010年
6 东北大学博士生导师 教授 孙旭东;快速发展的功能材料专业[N];中国教育报;2011年
7 孙旭东;走在高端的功能材料专业[N];中国教育报;2011年
8 记者 王玲;功能材料科学研究国际联合实验室成立[N];威海日报;2010年
9 记者 陈欣然 通讯员 王青;中国功能材料科技与产业高层论坛举行[N];天津教育报;2008年
10 莫龚旋;“广东省耐磨及特种功能材料工程技术研究开发中心”在暨南大学组建[N];中国建材报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978