麥秸稈-PVC復(fù)合材料制備及其性能研究.pdf

1、木塑復(fù)合材料（wood-plastics composites，簡稱WPC）是用植物纖維或木纖維填充、增強(qiáng)的改性熱塑性材料，同時(shí)具有木材和塑料的成本和性能的優(yōu)點(diǎn)，通過擠出或壓制成型為型材、板材或其他制品，且具有價(jià)格低、可重復(fù)使用、可生物降解、木纖維資源豐富等特點(diǎn)，它可以替代木材和塑料在某些方面的應(yīng)用。但是由于極性、易吸水的秸稈粉和非極性、疏水的PVC基體相容性比較差，PVC/秸稈粉復(fù)合材料的拉伸、彎曲和沖擊強(qiáng)度比較差，而且填充秸稈粉之后

2、，材料的密度也增大了，從而限制了PVC/秸稈粉復(fù)合材料的應(yīng)用。本文采用了多種物理方法和化學(xué)方法對秸稈粉進(jìn)行改性，提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。
　　本論文以聚氯乙烯(PVC)作為基體，以秸稈粉作為填料，填料經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH550、ACR改性劑和CPE改性劑處理后用熱壓成型的方法制備了不同含量要求的PVC基木塑復(fù)合材料。首先研究了秸稈粉的填充量對復(fù)合材料的力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨著秸稈粉在PVC基體中的填充量增加，由于秸稈粉密度低，填料所

3、占據(jù)的體積比例增大，同時(shí)秸稈粉纖維分散性變差，顆粒堆砌嚴(yán)重，不僅提供了更多的應(yīng)力集中點(diǎn)，而且更嚴(yán)重地影響了作為主要受力部分的PVC基體的連續(xù)性，從而使復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度急劇下降，當(dāng)秸稈粉填充量為35％時(shí)，拉伸、沖擊和彎曲強(qiáng)度分別為14.36MPa、8.82KJ/m2和31.26MPa，相對于秸稈粉填充量只有15％時(shí)降低了33.58％、14.59％和41.74％。當(dāng)秸稈粉填充量為45％時(shí)，材料的硬度降低了32.22％，

4、而復(fù)合材料的吸水率和導(dǎo)熱系數(shù)分別提升了9倍和5.72％?？紤]到木塑材料的經(jīng)濟(jì)性，綜合性能較好的為秸稈粉填充量為35％時(shí)。
　　采用含有氨基的硅烷偶聯(lián)劑KH550對秸稈粉進(jìn)行處理能夠有效地提高復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)、度彎曲強(qiáng)度和硬度，當(dāng)KH550含量為5％時(shí)，復(fù)合材料的拉伸和彎曲強(qiáng)度比KH550為1％時(shí)分別提高了78.54％和175％，硬度為101.33HR，提高了35.7％。而復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、吸水率和導(dǎo)熱系數(shù)有所下降，當(dāng)KH550含

5、量為5％時(shí)，比KH550含量只有1％時(shí)，沖擊強(qiáng)度下降了18.39％，吸水率和導(dǎo)熱系數(shù)分別下降了48.87％和3.34％。經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理的秸稈粉與PVC復(fù)合之后，材料斷面的兩相界面變得比較模糊，高的放大倍數(shù)下可以發(fā)現(xiàn)，秸稈粉周圍有PVC黏附現(xiàn)象，表明秸稈粉經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理后，與PVC基體的相容性變好，兩相結(jié)合力明顯增強(qiáng)，因此復(fù)合材料力學(xué)性能得到了增強(qiáng)。
　　改性劑ACR處理秸稈粉后，木塑復(fù)合材料的性能得到改善，隨著改性劑ACR

6、用量的增加，復(fù)合材料的拉伸、彎曲和沖擊強(qiáng)度呈先上升后下降的趨勢，且當(dāng)改性劑ACR用量為6％左右時(shí)達(dá)到最大值。復(fù)合材料的硬度依然是呈先上升后下降的趨勢，且當(dāng)改性劑ACR用量為6％左右時(shí)達(dá)到最大值。復(fù)合材料的吸水率是呈先下降后上升的趨勢，且當(dāng)改性劑ACR用量為4份左右時(shí)達(dá)到最小值。復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)也是呈先上升后下降的趨勢，且當(dāng)ACR含量為6％時(shí)達(dá)到最小值。當(dāng)ACR含量為6％時(shí)，復(fù)合材料的拉伸、彎曲和沖擊強(qiáng)度比未改性時(shí)分別提升了61.65％

7、、84.81％和2.6倍。復(fù)合材料的硬度提升了25.42％，而吸水率和導(dǎo)熱系數(shù)分別下降了10.40％和18.16％。當(dāng)改性劑ACR為4份時(shí)的斷面粗糙度最小，相界面比較模糊，此時(shí)的復(fù)合材料的相容性較好。
　　改性劑CPE的加入對復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及硬度有有一定的影響，當(dāng)CPE含量較少為2％時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比未改性時(shí)提升了103.17％，彎曲強(qiáng)度提升了94.28％，硬度提升了26.11％，但其削弱了復(fù)合材料的吸水性能和

8、導(dǎo)熱性能，吸水率比未改性時(shí)下降了20.63％，導(dǎo)熱系數(shù)下降了21.64％。隨著CPE含量的增加，其對復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度的提升尤為明顯，當(dāng)CPE含量為6％時(shí)，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度比未改性時(shí)提升了1.5倍，其它性能表現(xiàn)為波動(dòng)趨勢。當(dāng)CPE含量不超過6％時(shí)，隨著CPE含量的增加復(fù)合材料界面的空洞從分散分布逐步過渡到均勻分布，并且空洞有所減少，秸稈粉沒有明顯的團(tuán)聚，分散較為均勻。復(fù)合材料的界面相容性得到很大的改善。綜上所述，當(dāng)CPE含量為2％時(shí)，復(fù)