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聚碳酸亚丙酯/植物纤维复合材料的制备及性能研究

作　者: 刘晓娟
导　师: 庞素娟
学　校: 海南大学
专　业: 应用化学
关键词: 植物纤维 聚碳酸亚丙酯 界面 相容剂 拉伸性能 热力学稳定性
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


聚碳酸亚丙酯(PPC)/植物纤维复合材料由于其能完全可生物降解、原料来源于可再生资源,具有环境友好性和可持续性等优势逐渐引起研究者的广泛关注。由于植物纤维是亲水的极性材料,聚碳酸亚丙酯是疏水的非极性材料,导致两相界面相容性不佳,植物纤维的增强效果得不到充分发挥。本文采用熔融共混法制备PPC/植物纤维复合材料,实验中的植物纤维原料选用剑麻纤维、椰壳纤维和甘蔗渣。以硅烷偶联剂—3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对植物纤维进行表面预处理,改善植物纤维与PPC的相容性。为进一步提高两相相容性,本文通过甲苯二异氰酸酯(TDI)与聚乙二醇(PEG600)制备异氰酸酯封端的预聚物(PUP),以PUP和TDI作为反应型增容剂,考察PUP和TDI对两相相容性的改善效果,以及对复合材料拉伸性能、热力学稳定性等宏观性能的影响。具体内容有：1、分别用TDI、PUP对PPC原料进行熔融共混。采用FTIR、GPC、TGA、MFR(熔融指数)、拉伸测试等测试手段对封端改性后的PPC进行表征,实验结果表明：加入TDI-4, T-5%从未封端PPC的163.5℃升高到275.0℃。加入PUP-1, T-5%升高到256.5℃。加入TDI-4的拉伸强度从未封端PPC的4.74MPa增加到19.90MPa；加入PUP-4的拉伸强度增加到12.50MPa。TDI的增强效果要由于PUP。2、通过PPC与KH550改性的剑麻纤维、椰壳纤维、甘蔗渣熔融共混,采用FTIR、 TGA、MFR、SEM、拉伸测试等测试手段对复合材料进行表征,实验结果表明：随着改性纤维的加入,PPC复合材料的耐热性能和拉伸性能都有显著的提高。3、在植物纤维与PPC进行熔融共混时,加入TDI或PUP作为反应型增容剂,进行原位增容共混改性,采用FTIR、TGA、MFR、SEM、拉伸测试等测试手段对复合材料进行表征,实验结果表明：通过反应性共混,增容剂TDI、PUP在提高PPC耐热性的同时,也促进了植物纤维和PPC的相容性,有效改善两相的界面作用,进一步提高了复合材料的耐热性能和力学性能。与PUP相比,TDI对复合材料的热力学稳定性和拉伸性能的改善效果更佳,但PUP的挥发性和毒性更小。本课题研究的聚碳酸亚丙酯／植物纤维复合材料是一种绿色复合材料。通过改善植物纤维与PPC界面以提高其综合性能,有望扩大其应用领域,这对解决当前环境问题,实现可持续发展具有积极的意义。

全文目录


摘要  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-17
  1.1 引言  7
  1.2 热塑性塑料/植物纤维复合材料的研究历史及发展现状  7-8
  1.3 植物纤维概论  8-9
  1.4 聚碳酸亚丙酯的合成、性能特点及应用  9-12
  1.5 热塑性塑料/植物纤维复合技术的研究  12-15
  1.6 热塑性塑料/植物纤维复合材料的性能特点及其用途  15-16
  1.7 热塑性塑料/植物纤维复合材料的发展趋势  16
  1.8 本课题的研究意义和内容  16-17
2、甲苯二异氰酸酯、异氰酸酯预聚物改性聚碳酸亚丙酯  17-28
  2.1 实验部分  17-20
  2.2 结果与讨论  20-27
    2.2.1 PUP的红外光谱分析  20-21
    2.2.2 TDI对PPC分子量的影响及凝胶率的变化  21-22
    2.2.3 TDI、PUP含量对PPC的热稳定性影响分析  22-25
    2.2.4 TDI、PUP含量对PPC拉伸性能的影响分析  25-26
    2.2.5 TDI、PUP含量对共混物熔体流动性能的影响  26-27
  2.3 小结  27-28
3、PPC/剑麻纤维/TDI(PUP)复合材料的制备及性能研究  28-46
  3.1 实验部分  28-30
  3.2 结果与讨论  30-44
    3.2.1 剑麻纤维处理前后红外光谱的变化  30-32
    3.2.2 不同剑麻纤维长度对复合材料拉伸性能影响分析  32-34
    3.2.3 剑麻纤维含量对复合材料热稳定性影响分析  34-36
    3.2.4 剑麻纤维含量对复合材料拉伸性能影响分析  36-37
    3.2.5 剑麻纤维含量对复合材料熔体流动性能影响  37-38
    3.2.6 TDI、PUP含量对复合材料热稳定性影响分析  38-40
    3.2.7 TDI、PUP含量对复合材料拉伸性能影响分析  40-41
    3.2.8 TDI、PUP含量对复合材料界面相容性分析  41-44
    3.2.9 TDI、PUP含量对复合材料熔体流动性能分析  44
  3.3 小结  44-46
4、PPC/椰壳纤维/PUP复合材料的制备及性能研究  46-56
  4.1 实验部分  46-47
  4.2 结果与讨论  47-55
    4.2.1 椰壳纤维处理前后红外光谱的变化  47
    4.2.2 椰壳纤维含量对复合材料热稳定性影响分析  47-49
    4.2.3 椰壳纤维含量对复合材料拉伸性能影响分析  49-50
    4.2.4 椰壳纤维含量对复合材料熔融性能影响分析  50-51
    4.2.5 PUP含量对复合材料热稳定性影响分析  51-52
    4.2.6 PUP含量对复合材料拉伸性能影响分析  52-53
    4.2.7 PUP含量对复合材料界面相容性分析  53-54
    4.2.8 PUP含量对复合材料熔体流动性能分析  54-55
  4.3 小结  55-56
5、PPC/甘蔗渣/PUP复合材料的制备及性能研究  56-67
  5.1 实验部分  56-57
  5.2 结果与讨论  57-65
    5.2.1 8甘蔗渣处理前后红外光谱的变化  57
    5.2.2 甘蔗渣含量对复合材料热稳定性影响分析  57-59
    5.2.3 甘蔗渣含量对复合材料拉伸性能影响分析  59-60
    5.2.4 甘蔗渣含量对复合材料熔融性能影响分析  60-61
    5.2.5 PUP含量对复合材料热稳定性影响分析  61-62
    5.2.6 PUP含量对复合材料拉伸性能影响分析  62-63
    5.2.7 PUP含量对复合材料界面相容性分析  63-65
    5.2.8 PUP含量对复合材料熔融性能分析  65
  5.3 小结  65-67
总结  67-69
参考文献  69-74
硕士期间发表的论文  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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