绪论材料.doc

木塑复合材料（Wood Plastic Composites---WPC）是近年来国际上兴起的一种新型环保材料，它是由木粉、竹粉、稻糠、秸秆等植物纤维与热塑性塑料配以特殊功能改性剂及其他助剂，经塑料成型加工工艺制成的性能优良的复合材料木塑复合材料综合了植物纤维和高分子材料的诸多优点，能大量替代木材，可有效缓解我国森林资源贫乏、木材供应紧缺的现状，同时它也解决了塑料、木材行业废弃资源的再生利用问题，是一种极具发展前途的低碳、绿色、可循环、可再生的材料近年来，国内外对于木塑复合材料的研究开发较多，但主要集中在聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯基体的木塑复合材料，而对ABS基木塑复合材料的相关研究则较少选用ABS树脂作为基体，制备新型性能优良的ABS基木塑复合材料，对于提高木塑复合材料的性能，拓宽木塑复合材料应用领域具有重要的实际意义本论文首先研究了竹粉、桉木粉、柏木粉、松木粉和樟木粉五种植物纤维的基本物化性能，并采用薄层毛细渗透技术测定了五种植物纤维的表面接触角和表面自由能及其分量在此基础上，选择表面自由能较低的竹粉作为研究对象，通过熔融共混法与ABS复合制备木塑复合材料，系统地研究了竹粉/ABS复合材料的结构与性能，探讨了竹粉用于制备木塑复合材料的改性方法。

同时，将噁唑啉官能化的ABS(ABSm)作为界面改性剂用于改性ABS基木塑复合材料，并对其界面改性机理进行探讨研究结果表明：五种植物纤维均含有大量羟基，亲水性强，但热稳定性较差由薄层毛细渗透技术测得五种植物纤维中桉木粉的表面自由能及其非极性分量最高，竹粉表面自由能及其非极性分量较低；与ABS复合时，桉木粉有比其他几种植物纤维更好的界面相容性，由其制备的木塑复合材料的力学性能优于其它四种植物纤维/ABS复合材料的力学性能含有大量极性羟基的竹粉与ABS树脂两相间相容性不佳，随着竹粉添加量的增大，竹粉/ABS复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度降低，但其弯曲模量提高同时，随着竹粉在ABS中用量的增加，复合材料的维卡软化温度逐渐提高，在一定程度上提高了复合材料的使用温度范围，但复合材料的热稳定性和加工性能有所降低，吸水率有所增加在80目~180目的粒径范围内，除冲击强度外，竹粉/ABS复合材料的各项力学性能随着竹粉粒径的增大呈上升的趋势但当竹粉粒径增至40目时，复合材料的力学性能反而有所降低噁唑啉官能化的ABS(ABSm)对竹粉/ABS复合材料体系有良好的增容作用，可明显提高复合材料的力学性能，改善复合材料的界面相容性。

腈基转化率在30%左右的ABSm2用量为7phr时，复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别为52MPa和91.4MPa，相比未改性试样分别提高了17.6%和35.2%，已经达到甚至超过了纯ABS的拉伸强度(50MPa)和弯曲强度(82.5MPa)三种市售的界面改性剂苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)、聚苯乙烯接枝马来酸酐(PS-g-MAH)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝马来酸酐(EVA-g-MAH)中SMA的界面改性效果较好，但均不如ABSm研究了在常温和高温蒸煮条件下，碱液浓度和碱处理时间对竹粉的化学组成、结晶性能、热稳定性及形态结构的影响，得到常温碱处理的优化条件为4%NaOH溶液，处理时间为1h经常温和高温蒸煮碱处理后可以除去竹粉表面的半纤维素、木质素和抽提物，提高竹粉的热稳定性在两种条件下，当NaOH溶液浓度大于10%后，都会导致竹粉纤维素的晶型由纤维素Ⅰ向纤维素Ⅱ转变，使得竹粉的结晶度下降，热稳定性降低，纤维束状结构发生分离，纤维卷曲本论文将经乙酰化处理、常温碱处理和高温蒸煮处理的三种竹粉用于制备ABS基木塑复合材料，研究结果表明，预处理后的竹粉对ABS基木塑复合材料的力学性能都有不同程度的提高，其中高温蒸煮处理对复合材料力学性能的提高幅度最大，常温碱处理次之，而乙酰化处理对复合材料力学性能的影响不明显。

进一步的研究表明，两种碱处理和界面改性剂SMA并用对竹粉/ABS复合材料均存在协同效应，能较大幅度的提高复合材料的力学性能，而两种碱处理和ABSm并用以及乙酰化处理和SMA并用则无协同效应本文以两种聚合物(ABS、PP)和杨木粉为主要原料制备了植物纤维填充的聚合物基木塑复合材料,研究了复合材料力学性能、结晶性能和形貌形态,研究了聚合物与木粉的相容性论文对比了三种木粉表面处理方式(碱处理、酸处理、煮沸处理)及相容剂对聚合物和木粉相容性的改善效果结果表明碱处理和相容剂对两种聚合物都有较好的增容效果,而酸处理和煮沸处理存在一定的选择性,SEM照片和DSC分析表明这些区别和聚合物的结晶性能有关进一步研究表明,木粉碱处理和煮沸处理与相容剂存在协同效应,其中煮沸处理木粉与相容剂并用的PP/木粉复合材料拉伸强度由22.5 MPa提高到53.0MPa讨论了不同木粉含量对木塑复合材料性能的影响,发现ABS/木粉复合材料和PP/木粉复合材料随木粉含量提高而出现不同的性能变化,分析表明两种材料断裂机制发生了不同变化,并从结晶的角度解释了木粉填充ABS和PP的不同机理此外,通过添加相容剂ABS-g-mah和原位增容的方式成功提高了ABS/木粉复合材料的力学性能,拉伸强度由24.8 MPa提高到了50.8 MPa,而冲击强度也提高了40%,ABS-g-mah的最佳用量在5 phr。

木塑复合材料具有比强度高、可生物降解、成本低等优点而广泛应用，但是随着木粉填充量的增加，复合体系的界面相容性变差，力学性能下降，体系粘度增加，加工困难同时，国内关于指导木塑配方设计和制备的流变理论较少因此对其流变理论、加工工艺和高木粉填充量下提高复合材料力学性能等方面的研究显得尤为迫切本文对聚丙烯(PP)/杨木粉复合材料的制备、结构及性能进行了研究主要内容有：采用熔融共混法制备了PP基木塑复合材料，并对其进行了表征；使用RH7-D型高级毛细流变仪测试流变性能，确定了木塑配方各变量与复合体系粘度的定量关系，建立了稳态下复合体系的表观粘度数学模型；通过自制多功能全电动复合材料流变特性测试仪（CVDRC）研究了振动力场下不同振动强度对复合体系的表观粘度和结构的影响；采用不同弹性体和马来酸型相容剂对复合材料进行了协同增韧增容正交试验，极差分析和综合平衡法得出了最佳增韧增容配方，并探讨了协同增韧增容对复合材料结构和性能的影响结果表明：杨木粉的加入起到纤维增强和异相成核的作用，提高了复合体系的冲击、弯曲强度和结晶性能，但随着木粉填量增加，复合体系的拉伸强度、断裂伸长率和热稳定性迅速下降，PP分子链段运动空间的位阻效应加大，结晶度下降，随着木粉粒径的减小，复合体系的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量呈下降-上升-下降变化，冲击强度呈上升-下降-上升-下降变化；稳态和振动场下流变测试表明，复合体系属于“假塑性”和幂律流体，表现剪切变稀行为，对温度具有很强的依赖性，随着木粉填量增加和温度下降，体系表观粘度a和剪切应力增加，随着振动强度增加，复合体系的动态粘度下降，木粉粒子在PP中的分散性改善；在合理假设下，建立了稳态复合体系的表观粘度数学模型；由SEM分析可知，SBS、EVA-g-MAH、PP-g-MAH、SEBS-g-MAH协同增容增韧改善了复合材料界面相容性，同时，体系的力学性能、表观粘度和热稳定性增加，结晶性能下降；由极差分析和综合平衡法后得出最佳增韧增容配方，即SBS：5wt%，EVA-g-MAH：3wt%，PP-g-MAH：10wt%，SEBS-g-MAH：2wt%木塑复合材料具有木材和塑料的双重特性,具有耐磨、尺寸稳定、机械性能良好等优点。

但树脂与木粉的复合,由于极性、易吸水的木粉和非极性、疏水的PVC基体相容性比较差,PVC木塑复合材料的韧性、冲击强度等力学性能有所降低,限制了其在部分领域的使用另一方面PVC木塑复合材料在室外使用过程中,会受到热、光、氧等作用而发生老化,掌握材料的耐老化性能及性能下降规律,对于合理选用材料,延长材料的使用寿命是十分必要的针对上述问题,本文对如何提高PVC木塑复合材料的力学性能和耐老化性能进行了研究,得出了以下主要结论：发现采用硅烷偶联剂处理木粉之后,增加了木粉与PVC的界面相容性,提高了材料的力学性能在偶联剂用量为2.5phr含量时,复合材料的拉伸强度、冲击强度均出现较高值研究了木粉的填充量以及木粉粒径对材料力学性能的影响,发现木粉的粒径过大或者过小都不利于木粉的分散及复合材料性能的提高随着木粉含量的提高,材料的拉伸强度和冲击强度都下降很快木粉的加入会使得复合材料的维卡软化点升高,吸水率也随着木粉的增加而逐渐上升几种改性剂比较后发现,复合材料的冲击强度随着CPE、MBS、ACR、纳米CaCO3的加入而呈线性增加CPE、MBS的加入会降低复合材料的拉伸强度,而加入纳米CaCO3或ACR的复合材料的拉伸强度略有增强。

加速老化试验得出紫外光老化条件下,铅盐体系、有机锡体系的外观颜色稳定性较好,钙锌体系次之木塑复合材料铅盐体系的冲击性能、拉伸强度保持率比钙锌体系、有机锡体系要高在三种抗冲改性剂中添加ACR的复合材料耐候性能最佳近十年来,木塑复合材料一直是木材科学及高分子材料科学领域的研究热点,在原材料处理、配方与工艺改进、改性剂开发及界面机理研究等方面取得了很多成果但是木塑复合材料界面机理没有得到更好发展,从原材料到产品生产整个过程对木塑复合材料性能影响的系统研究尚有待深入本研究以杨木粉、松木粉、竹粉、稻壳粉以及高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)塑料颗粒为原料,采用挤出成型加工工艺制备聚乙烯木塑复合材料通过力学、吸水、降解、霉变和紫外老化试验研究原料配方、加工工艺、植物纤维改性等对木塑复合材料外观性能、物理力学性能、吸水性能和耐久性能的影响通过热分析、红外分析、化学分析、结晶度分析、接触角分析、X射线光电子能谱分析、热机械动态分析和电镜分析研究木塑复合材料界面特性,探讨改性剂改性原理得出主要结论如下：(1)乙烯-乙酸乙烯共聚物改性对木塑复合材料性能有显著影响：(a)用乙烯-乙酸乙烯共聚物改性的木粉制作木塑复合材料,其加工性能、力学性能、耐候性能提高,吸水性能降低。

当乙烯-乙酸乙烯共聚物用量为15%时,改性效果最好乙酸乙烯酯含量越高、熔融指数越小,木塑复合材料力学性能越高b)X射线光电子能谱分析发现,乙烯-乙酸乙烯共聚物改性后的木粉羟基数目减少,改性后木粉和聚乙烯相容性提高,扫描电镜观察发现,聚乙烯更好地包覆在改性木粉表面,木塑复合材料强度提高2)木塑复合材料性能影响因子：(a)植物纤维形态、含水率、木塑比、加工工艺对木塑复合材料的外观有显著影响植物纤维应在120℃下干燥并保证含水率在5%以下木塑复合材料使用HDPE和杨木粉作为主要原料,木塑比为6：4,各区段挤出温度为130℃、150℃、155℃155℃、135℃,螺杆转速为7.5r/min时,木塑复合材料外观质量良好b)塑料硬度和植物纤维含量对木塑复合材料的硬度有显著影响；木塑比和填料用量对木塑复合材料的密度起决定作用HDPE硬度比LDPE硬度高53.83%,因此稻壳粉、松木粉、杨木粉和竹粉/HDPE木塑复合材料硬度分别比对应植物纤维粉/LDPE木塑复合材料硬度高28.93%、21.45%、14.46%和20.72%c)塑料力学强度、植物纤维长度、原料表面自由能和非极性表面自由能对木塑复合材料力学性能有显著影响。

稻壳粉表而自由能、非极性表面自由能最低,松木粉、杨木粉和竹粉的表面自由能、非极性表面自由能差别不明显,三者的表面自由能依次略有降低,松木粉、杨木粉和竹粉/HDPE木塑复合材料的弯曲强度分别比稻壳粉/HDPE木塑复合材料的弯曲强度高25.57%、19.93%和18.38%d)植物纤维活性羟基数量和原材料表而极性对木塑复合材料的吸水性能有显著影响松木粉表面极性最高,杨木粉表而极性最低,稻壳粉和竹粉表面极性差别不大,松木粉、竹粉和稻壳粉/HDPE木塑复合材制的吸水率分别比杨木粉/HDPE木塑复合。