聚烯烃木塑复合材料的共混改性研究毕业论文

 2021-04-27 10:04

摘 要

木塑复合材料的原料主要有3种:植物纤维、热塑性塑料和添加剂,具有木材和塑料二者的优点,它具有密度低,价格低廉,比强度高,可生物降解和可再生性等优点,在环境保护、缓解森林资源匮乏等方面有重要意义。

天然纤维的主要来源是人类开发利用最早的天然材料之一木材。木材在实际生产使用中有着一些缺陷,较高的湿胀干缩性,易于变形,易于腐朽,虫蛀等是木材的劣势。进入到20世纪后半叶,人类过度开采木材以及森林资源的不断锐减,使得人们大量使用速生丰产幼龄木材,这使得天然纤维的物理力学性质在一定程度上下降许多,进一步影响了它在某些领域的应用。同一时间,塑料的开发利用以及生产量飞速提升,橡胶的利用也在不断进步,不再局限于仅仅使用天然橡胶,高分子材料开始获得丰富的利用率,其使用率之大以及使用领域之多,使人们越来越离不开它。

因为目前木塑复合材料围绕木粉和塑料种类对材料性能影响的相关研究较为透彻,而添加剂种类对材料性能影响的研究并不完善。所以本篇论文在木塑复合材料实验中,通过共混改性的方式加入不同偶联剂探究改善木塑复合材料产品的各项性能,为了确保实验只有唯一变量,每组实验的偶联剂只采用同一份数的同种偶联剂,最后比较多组不同偶联剂组成的样条的力学性能及接触角。

关键词:植物纤维;热塑性塑料;偶联剂;木塑复合材料

Study on blending modification of polyolefin wood plastic composites

ABSTRACT

There are mainly 3 kinds of wood plastic composites:Vegetable fibers,thermoplastics and additives,It has two advantages::wood and plastic,It has the advantages of low density,low price,high specific strength,biodegradability and renewability,It is of great significance in environmental protection and alleviating the shortage of forest resources。

The main source of natural fibers is one of the earliest natural materials used by humans to develop wood。Wood has some defects in actual production,such as high wet expansion,dry shrinkage,easy deformation,easy to rot,moth eaten and so on。It is a disadvantage of wood.。Into the second half of the twentieth Century,Human over exploitation of timber and forest resources decreasing,the large number of people using fast-growing young wood,,which makes the physical and mechanical properties of natural fiber in some extent is declining and further affect its application in certain areas。At the same time,The development and utilization of plastics and the rapid increase in production,The use of rubber is also improving,no longer confined to natural rubber only,Polymer materials begin to obtain abundant utilization,Its utilization rate is large and the use of many fields,make people more and more inseparable from it[1-3]

At present, the research on the influence of wood powder and plastic on the properties of wood plastic composite is more thorough,however, the influence of additives on the properties of materials is not perfect。In the production of wood plastic composite,Adding proper additives into the blend modification can improve the processing conditions and improve the properties of wood plastic composite;But the cross reaction between additives is difficult to control,therefore,,wood plastic composite materials are in production,reasonable choice and proper use of additives should be made according to requirements to achieve the desired results。

Key words:Plant fiber;Thermoplastic plastics; Additives

目 录

1 绪论 - 6 -

1.1 木塑复合材料简介 - 6 -

1.2 国内外木塑复合材料的发展 - 7 -

1.2.1 木塑复合材料在国外的发展 - 7 -

1.2.2 木塑复合材料在国内的发展 - 8 -

1.3 共混改性主要添加剂 - 9 -

2 聚烯烃木塑复合材料的共混改性研究 - 11 -

2.1 实验材料 - 11 -

2.1.1 材料和添加剂 - 11 -

2.1.2 主要仪器 - 11 -

2.2 聚烯烃木塑复合材料的制备 - 11 -

2.2.1 木粉的预处理 - 12 -

2.2.2 不同偶联剂的聚乙烯木塑复合材料的制备 - 12 -

2.2.3 聚乙烯木塑复合材料的注射成型 - 13 -

2.3 聚烯烃木塑复合材料的性能测试 - 14 -

2.3.1 冲击强度性能测试 - 14 -

2.3.2 拉伸性能测试 - 15 -

2.3.3 弯曲性能测试 - 15 -

2.3.4 接触角性能测试 - 16 -

2.4 结果与讨论 - 17 -

2.4.1 不同偶联剂对试样力学性能和接触角的影响 - 17 -

2.4.1.1 不同偶联剂对试样拉伸强度的影响 - 18 -

2.4.1.2 不同偶联剂对试样弯曲强度的影响 - 19 -

2.4.1.3 不同偶联剂对试样冲击强度的影响 - 19 -

2.4.1.4 不同偶联剂对试样接触角的影响 - 20 -

致 谢 - 23 -

1 绪论

1.1 木塑复合材料简介

木纤维是地球上最丰富的天然高分子材料,它具有密度低,价格低廉,比强度高,可生物降解和可再生性等优点。木纤维的主要来源是木材,是人类开发利用最早的天然材料,也是目前世界经济发展过程中不可缺少的重要材料。但是,它也同时存在着一些性能缺陷,如较高的湿胀干缩性,易于变形,易于腐朽,虫蛀等。

另一方面,世界的塑料产量己经超过1.5亿吨,橡胶的产量也已经超过3100万吨,高分子应用领域之普及,覆盖面之广,可以用无处不在来形容[1-3]。尽管塑料材料已经成为不可或缺的重要材料,但是它易于蠕变,热稳定性差等性能缺陷,限制了其应用领域的扩展。近年来,随着塑料材料使用量及废弃量的增加,大量废弃塑料对环境造成的白色污染已经越来越引起人们的关注。如何找到一种对废弃塑料回收利用的有效途径已成为当前国内外环保领域的重要课题。

随着全球木材资源的日益短缺,以废旧木纤维和塑料为原料制备的木塑复合材料(Wood Plastic Composites,WPC)是近几十年来兴起的一种绿色环保型复合材料,它是利用各种热塑性塑料和木纤维加入一定量的添加剂或者是填料,通过不同的复合方法来合成具有高性能,高附加值的复合材料。在加工过程中,PVC很容易因脱氯而出现断链和交联,使材料的颜色加深,性能变差[4]

木塑复合材料兼有木材和塑料的双重特性[5],既能充分发挥材料中各组分的优点,又能克服因木材强度低、变异性大以及有机材料的低弹性模量等使用缺陷造成的使用局限性,并能改进材料的力学性能和加工性能,降低成本并扩大其应用范围,提高材料的附加值[6]

木塑注射成型制品在近两年内将以年均70%的增长速度向前发展[7]。他将会是未来替代传统木材的新一代节能环保的新产品,市场应用前景相当广泛。

木塑复合材料的定义是:一种主要由木材或纤维素为基础材料与塑料(也可以是多种塑料)制成的复合材料[8],由于其兼具木材和塑料的优点,使得木塑复合材料及其制品具有一系列独特的优良性质。

在材料开发和利用领域,随着经济发展与能源供求,生态环境之间的矛盾不断激化。在这种情况下,木塑复合材料应运而生。木塑复合材料广泛利用农林废弃物如废弃木材,农作物秸秆等,有利于保护森林资源,还可以将产生环境污染的废旧塑料充分利用起来,据粗略估计,每生产1吨木塑复合材料,相当于减少6万个废弃塑料袋的污染、少砍伐1.5棵30年树龄的桉树、减少114亩农田的地膜残留隐患,具有非常显著的生态环境效益,是名副其实的绿色和低碳产业。木塑复合材料可以很好地解决使用塑料产品废弃后所带来的一系列社会和生态问题。

1.2 国内外木塑复合材料的发展

1.2.1 木塑复合材料在国外的发展

北美洲是世界上木塑复合材料发展最快、用量最大的地域,主要使用在户外建筑。美国市场1990~2000年的年增长率都在10%以上。在建材市场大约占了WPC使用量的75%。2003年俄亥俄州的一家公司采用木塑复合材料注射成型杆帽和饰边产品,随后,许多贴面板生产商也都采用注塑法生产木塑复合材料中空制品[9]

Mehdi[10]等研究了几种不同的天然纤维填充PP复合材料,吸湿性研究表明废旧报纸复合PP的吸水性高于木粉和木纤维/PP复合材料,作者认为木纤维的低吸水性是因为与树脂基体具有较好界面相容性。

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