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棉秆粉/PVC复合材料的制备及性能研究

作　者: 蔡中华
导　师: 熊汉国；谭军
学　校: 华中农业大学
专　业: 食品科学
关键词: 棉秆粉聚氯乙烯改性低发泡耐候
分类号: TQ325.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

木塑复合材料是以天然植物秸秆为原料,加入一些加工助剂与PVC树脂复合而成的一种环境友好型新材料,近年来得到了较快的发展,其中以木粉与PVC制备的复合材料居多。本文是利用棉花秸秆粉末为主要原料制备复合材料,研究过程包括加工工艺、提高相容性、实际应用性等几个方面,旨在获得可应用于工业化生产的棉秆粉/PVC复合材料,为农业废弃棉花秸秆的综合利用开辟新途径。经大量实验后,得到的结论如下：1.采用响应面正交设计优化了制片工艺条件,确定最佳工艺为：温度166℃,压力25MPa,时间127s,同时得到了关于温度(X1),压力(X2),时间(X3)的三元二次回归方程：Y=42.53+1.63X1+4X2+0.45X3-5.63X12-6.46X22-1.62X32-0.62X1X2-1.1X1X3-0.82X2X3。2.将不同含量(20/100、30/100、40/100、50/100；棉秆粉用量相对PVC用量100份时的比例)和不同粒径(60目、100目、120目、150目)的棉秆粉作为填料分别制备复合材料,对板材进行拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度等相关力学性能的测试,结果表明,棉秆粉的最佳用量为40份,粒径为100目。3.采用偶联剂处理、碱处理及共聚接枝三种不同的表面处理方法对棉秆粉改性,结果表明,三种处理方法都能从不同程度上提高棉秆粉与PVC的相容性,改善了复合材料的力学性能,其中以共聚接枝法改善效果最为明显,偶联剂次之。硅烷偶联剂的最佳用量为2%,碱溶液的最佳浓度为15%,共聚接枝反应中,引发剂浓度为0.004mol/L时,表现出高的接枝率和接枝效率。探讨了三种不同的偶联剂(铝酸酯、钛酸酯及硅烷)的表面改性效果,并进行了弯曲强度和弯曲模量的测定,结果表明,硅烷对比其他两种偶联剂有更好的改性效果,棉秆粉与PVC的相容性明显提高。通过扫描电镜对复合材料的断面形貌和表面形貌进行观察,证实了改性处理的良好作用,通过红外微观表征,特征峰的出现同样证实了棉秆粉已被成功改性。4.设计了四因素三水平正交实验,对主要助剂的用量进行了探讨,结果得到,影响弯曲强度的因素主次为：硬脂酸(SA)>ACR>CaSt2>CaCO3,最终确定助剂的最佳用量为：硬脂酸0.3phr, ACR8phr, CaCO3 10phr, CaSt20.5phr。5.制备了低发泡棉秆粉/PVC复合材料,通过对密度、力学性能、流变性能的测试与分析得到：AC:ZB-530为1：5(AC 1phr), CPE含量在6%,DOP、硬脂酸及石蜡的用量分别为2phr、0.3phr和0.4phr时,复合材料表现出优良的综合性能。6.对棉秆粉/PVC复合材料进行了应用研究(耐候),吸水性能测试、力学性能测试、维卡软化点测试及耐热性能分析,结果表明,棉秆粉/PVC复合材料有很大实际应用价值,可以应用于工业化生产,是一条农业废弃秸秆资源综合利用的新途径。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
缩写词表检索  12-13
第一章前言  13-31
  1 概述  13-14
  2 木塑复合材料的国内外研究进展及现状  14-18
    2.1 国外研究进展  14-15
    2.2 国内研究进展  15-18
  3 木塑产品的工业化生产及商业化现状  18
  4 棉花秸秆的组成及特点  18-19
  5 PVC树脂的结构与特点  19-21
    5.1 PVC树脂的分子结构  19-20
    5.2 PVC树脂常用的热稳定剂及其作用机制  20-21
  6 植物纤维与有机树脂的界面相容性  21-24
    6.1 界面结合理论  21-22
    6.2 影响木塑复合材料界面结合强度的因素  22
    6.3 改善木塑复合材界面相容性的途径  22-24
      6.3.1 纤维材料的预处理和表面改性  22-24
      6.3.2 塑料基体的改性  24
  7 评价植物纤维/有机树脂复合材料质量优劣的方法  24-31
    7.1 复合材料的宏观力学性能测试  24-27
      7.1.1 冲击性能的测试  24-25
      7.1.2 弯曲性能的测试  25-26
      7.1.3 拉伸性能的测试  26-27
    7.2 复合材料的微观结构表征  27-31
      7.2.1 红外光谱分析复合材料的特征基团  27-28
      7.2.2 扫描电镜(SEM)观察复合材料的断面形貌  28
      7.2.3 复合材料的热性能分析  28-29
      7.2.4 复合材料的流变学分析  29-31
第二章棉秆粉/PVC复合材料的制备  31-55
  1 材料与方法  31-34
    1.1 实验材料  31
    1.2 实验仪器  31-32
    1.3 实验方法  32-34
      1.3.1 基础配方  32
      1.3.2 棉秆粉的干燥  32
      1.3.3 棉秆粉的表面处理  32-34
  2 实验工艺和过程  34-36
    2.1 实验方案  34-35
    2.2 实验工艺流程  35
    2.3 棉秆粉/PVC复合材料的制备  35
    2.4 性能测试与表征  35-36
      2.4.1 力学性能测试  36
      2.4.2 傅立叶红外光谱(FTIR)分析  36
      2.4.3 扫描电镜(SEM)分析  36
  3 结果与讨论  36-55
    3.1 棉秆粉热处理条件研究  36-37
    3.2 热压制片最佳工艺条件的确定  37-42
      3.2.1 单因素实验  37-38
      3.2.2 正交实验  38-42
    3.3 棉秆粉含量对棉秆粉/PVC复合材料力学性能的影响  42-44
    3.4 棉秆粉粒径对棉秆粉/PVC复合材料力学性能的影响  44-45
    3.5 棉秆粉表面处理对棉秆粉/PVC复合材料结构和性能的影响  45-52
      3.5.1 表面处理对棉秆粉/PVC复合材料力学性能的作用比较  45-48
      3.5.2 几种棉秆粉表面处理方法的比较  48-49
      3.5.3 红外分析  49-50
      3.5.4 SEM分析  50-52
    3.6 最佳实验配方的确定  52-55
第三章低发泡棉秆粉/PVC复合材料的制备  55-65
  0 引言  55-57
  1 材料和方法  57-59
    1.1 实验材料  57
    1.2 实验仪器  57
    1.3 实验方法  57-59
      1.3.1 基础配方  57-58
      1.3.2 棉秆粉的预处理  58
      1.3.3 性能测试  58-59
  2 实验工艺流程和工艺参数  59-60
    2.1 实验工艺流程  59
    2.2 双螺杆挤出设备工艺参数  59-60
  3 结果与讨论  60-65
    3.1 AC:ZB-530对低发泡棉秆粉/PVC复合材料的泡孔形态的影响  60-61
    3.2 CPE用量对低发泡棉秆粉/PVC复合材料力学性能的影响  61-62
    3.3 低发泡棉秆粉/PVC复合材料的流变性能分析  62-65
      3.3.1 DOP用量对棉秆粉/PVC复合材料流变性能的影响  62
      3.3.2 硬脂酸用量对棉秆粉/PVC复合材料流变性能的影响  62-63
      3.3.3 石蜡用量对棉秆粉/PVC复合材料流变性能的影响  63-65
第四章棉秆粉/PVC复合材料的应用研究  65-73
  0 引言  65
  1 材料和方法  65-67
    1.1 实验材料  65
    1.2 实验仪器  65-66
    1.3 实验方法  66-67
      1.3.1 基础配方  66
      1.3.2 植物秸秆的预处理  66
      1.3.3 偶联剂改性  66-67
      1.3.4 植物纤维/PVC木塑复合材料的制备  67
      1.3.5 性能测试  67
  2 结果与讨论  67-73
    2.1 不同填料制备的木塑复合材料的力学性能  67-69
    2.2 不同填料制备的木塑复合材料的维卡软化点分析  69
    2.3 不同填料制备的木塑复合材料的吸水性能分析  69-73
第五章全文结论  73-75
参考文献  75-81
致谢  81-83
附录  83

棉秆粉/PVC复合材料的制备及性能研究

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