油菜稈纖維基復(fù)合材料的制備及其特性研究.pdf

1、森林資源的日益匱乏、石油資源的短缺及環(huán)境污染的日益嚴重，近年來越來越受到人們的重視。利用油菜秸稈等植物秸稈類生物質(zhì)原料代替木材與塑料制備新型復(fù)合材料，可充分利用廢棄生物質(zhì)資源，避免焚燒時所造成的環(huán)境污染，為其提供一條可靠的可持續(xù)發(fā)展的途徑。然而，植物纖維與塑料基體間的相容性問題、生物質(zhì)復(fù)合材料的結(jié)晶行為以及在儲存使用過程中的老化問題，都將嚴重影響其各種性能。本文針對這些方面，采用硅烷偶聯(lián)劑改善了油菜稈粉與HDPE的相容性，并研究了改性油

2、菜稈粉(MRSF)/HDPE復(fù)合材料的結(jié)晶動力學(xué)及老化性能。主要結(jié)論如下： 1.利用紅外光譜對改性油菜稈粉進行分析，發(fā)現(xiàn)硅烷偶聯(lián)劑(SG-Si900)水解產(chǎn)生的硅醇與油菜稈纖維表面的-OH結(jié)合生成了C-O-Si鍵，并且油菜稈纖維中一部分氫鍵被破壞，表明其與HDPE的相容性得到提高，較大地增加復(fù)合材料的力學(xué)性能。通過添加納米二氧化硅(nano-SiO2)，發(fā)現(xiàn)改善了復(fù)合材料的力學(xué)性能，同時采用三元二次旋轉(zhuǎn)正交設(shè)計優(yōu)化了nano-S

3、iO2的分散工藝，其最佳超聲波分散工藝條件為：超聲溫度59℃，超聲時間25.1min，超聲頻率32.5KHz。同時得到了關(guān)于溫度Z1，時間Z2，頻率Z3的三元二次回歸方程：Y=0.362653-0.001513Z1-0.009720Z2-0.002860Z3+0.000620Z1Z2-0.000155Z1Z3-0.O00262Z2Z3。 2.通過對MRSF/HDPE復(fù)合材料及HDPE結(jié)晶動力學(xué)的研究，發(fā)現(xiàn)添加MRSF減弱了HDP

4、E的結(jié)晶能力及速率，其不能作為HDPE的成核劑，各樣品中HDPE的結(jié)晶成核方式為三維異相成核。微觀形態(tài)的觀察也證明了以上結(jié)論。通過采用幾種模型對HDPE及MRSF/HDPE復(fù)合材料進行處理發(fā)現(xiàn)，Jeziomy法適合描述復(fù)合材料的早期結(jié)晶階段，對結(jié)晶后期階段由于HDPE存在二次結(jié)晶現(xiàn)象而出現(xiàn)了偏離；Ozawa法因為擬合曲線的非線性關(guān)系而不適合描述其結(jié)晶過程；Mo法因呈現(xiàn)較好地線性關(guān)系說明可以較好地描述其結(jié)晶過程。 3.(1)對于R

5、SF/HDPE及nano-SiO2/RSF/HDPE復(fù)合材料，隨著老化時間的增加，羰基指數(shù)先增加較快、到75d后增加趨于平緩，同時nano-SiO2/RSF/HDPE復(fù)合材料的羰基指數(shù)比RSF/HDPE復(fù)合材料高，而乙烯基指數(shù)在最初的15d內(nèi)沒有顯著變化，這表明乙烯自由基的形成在老化早期發(fā)生了延遲現(xiàn)象。老化時間從15d至75d，乙烯基指數(shù)顯著增加。75d后，乙烯基指數(shù)沒有顯著交化。同時nano-SiO2/RSF/HDPE復(fù)合材料的乙烯基

6、指數(shù)要比RSF/HDPE復(fù)合材料低。(2)老化復(fù)合材料的羰基指數(shù)和乙烯基指數(shù)隨著片材厚度的增加逐漸減小，尤其在100至200μm之間變化非常顯著。(3)隨著老化時間的增加，RSF/HDPE及nano-SiO2/RSF/HDPE復(fù)合材料的結(jié)晶度從0d到75d逐漸增加，從75d到120d結(jié)晶度呈現(xiàn)下降趨勢。 文中的基礎(chǔ)性研究，為農(nóng)業(yè)廢棄資源的綜合利用及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化開辟了一條嶄新的途徑，為油菜稈纖維基復(fù)合材料的生產(chǎn)提供了一定的理論依據(jù)和