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聚乙烯基木塑复合材料及其无卤阻燃改性

作　者: 李兰杰
导　师: 陈占勋
学　校: 青岛科技大学
专　业: 材料学
关键词: 聚乙烯木粉木塑复合材料界面增容无卤阻燃
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 7次
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内容摘要

本论文根据塑料填充改性的原理，选用聚乙烯和废木粉为主要原料，采用界面增容体系、增韧增强体系、无卤阻燃体系，制备了无卤阻燃型的木塑复合材料，并研究了其性能、界面作用机理和阻燃机理。本论文主要分成两部分。在论文第一部分，研究了木粉对聚乙烯的填充改性，包括聚乙烯的类型和牌号、木粉的粒径和填充量、木粉的干燥工艺和碱化处理对复合材料性能的影响；为了增进亲水性的木粉和憎水性的聚乙烯基质之间的界面相互作用，采用不同的偶联剂对木粉进行处理，并评价了它们的界面增容效果；用红外光谱和扫描电镜对聚乙烯／木粉的界面增容作用进行表征，并对界面增容机理进行了讨论；研究了纳米碳酸钙与木粉的协同增强作用。在本论文的第二部分，基于将木粉不仅看作有机填料，而且作为无卤阻燃体系的一个重要成分—成炭剂的这一研究思路，利用聚磷酸铵和三聚氰胺与木粉组成的复合阻燃体系对木塑复合材料进行无卤阻燃改性，并采用锥形量热仪来表征材料的阻燃性能和研究其阻燃机理。木粉的干燥温度和干燥时间对木塑复合材料的力学性能和加工性能有重要影响，较佳的干燥条件是在105℃下干燥8小时。木粉粒径对复合材料性能的影响十分明显，粒径为60目的木粉可使木塑复合材料具有较佳的综合性能。茂金属聚乙烯(mPE)和乙烯-辛烯共聚物(POE)对高密度聚乙烯基木塑复合材料均有良好的增韧作用。单就增韧效果而言，POE优于mPE，但在其它性能如拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、硬度以及耐热性等方面，mPE明显优于POE。小分子偶联剂如硅烷、硼酸脂、钛酸脂可提高PE／木粉复合材料的拉伸强度，但其效果不理想。PE-g-MAH作为大分子相容剂可明显改善聚乙烯基质和木粉界面处的相互作用。该改性剂可明显提高复合材料的力学性能，并且木粉的填充量越高，其效果就越明显。当木粉的用量为50％时，使用该大分子改性剂可使复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别提高115.6％、66.7％、38.1％和67％。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-13
英文缩写中英文对照  13-14
文献综述  14-31
  1 木粉填料和木塑复合材料  14-15
  2 木粉的组成与结构  15-16
  3 填充型木塑复合材料的界面及其特性  16-18
  4 表面接枝法制备WPC的研究进展  18-20
  5 木材的表面性质对木塑复合材料性能的影响  20-21
  6 木粉的预处理方法  21-22
  7 提高植物纤维／热塑性树脂界面相容性的方法  22-25
  8 木塑复合材料的性能和用途  25-26
  9 木塑复合材料的微发泡技术  26-27
  10 WPC的无卤阻燃技术进展  27-28
  11 我国木塑复合材料研究所面临的挑战  28-30
  12 本论文的目的和意义  30-31
前言  31-32
试验  32-36
  1 原料和试剂  32-33
  2 实验仪器及设备  33
  3 实验方法及工艺条件  33-34
  4 制样工艺  34-35
  5 测试与表征方法及标准  35-36
结果与讨论  36-111
  1 聚乙烯的类型和牌号对性能的影响  36-39
    1.1 基质类型对WPC拉伸强度的影响  36-38
    1.2 基质类型对WPC断裂伸长率的对比  38
    1.3 基质类型对WPC冲击强度的影响  38
    1.4 以不同聚乙烯为基质的WPC硬度  38-39
  2 聚乙烯牌号的选择  39-43
    2.1 树脂牌号对拉伸强度的影响  40-41
    2.2 树脂牌号对冲击强度的影响  41
    2.3 树脂牌号对加工性能的影响  41-43
  3 木粉干燥处理对复合材料性能的影响  43-49
    3.1 木粉在不同温度下干燥时的失重  43-44
    3.2 木粉的干燥对性能的影响  44-47
      3.2.1 水含量对木粉的影响  44
      3.2.2 挥发分含量对界面的影响  44
      3.2.3 干燥温度对力学性能的影响  44-46
      3.2.4 木粉的干燥温度对熔融指数的影响  46-47
    3.3 木粉在恒温下干燥的失重  47-49
      3.3.1 木粉的失重随干燥时间的变化规律  47
      3.3.2 木粉的恒温干燥时间对复合材料力学性能的影响  47-49
  4 木粉粒径对复合材料性能的影响  49-55
    4.1 粒径对木粉的影响  50
    4.2 木粉粒径对复合材料力学性能的影响  50-53
    4.3 木粉粒径对熔融指数(MFI)的影响  53-54
    4.4 木粉粒径对复合材料密度的影响  54-55
  5 POE和mPE增韧WPC的研究  55-60
    5.1 mPE和POE增韧效果的综合评价  55-60
      5.1.1 增韧剂用量对复合材料韧性的影响  56
      5.1.2 增韧剂对复合材料其它力学性能的影响  56-60
    5.2 增韧机理的讨论  60
  6 聚乙烯／木粉界面相容性的研究  60-75
    6.1 木粉的偶联剂处理  61-63
      6.1.1 偶联剂处理对WPC拉伸强度的影响  61-62
      6.1.2 偶联剂处理对WPC冲击强度的影响  62-63
    6.2 聚乙烯热熔胶的增容作用  63-73
      6.2.1 热熔胶用量对材料性能的影响  63-67
      6.2.2 热熔胶增容机理的探讨  67-73
    6.3 自制mPE-g-MAH相容剂对PE／木粉复合材料的改性  73-75
      6.3.1 mPE-g-MAH用量对力学性能的影响  73-74
      6.3.2 mPE-g-MAH对弯曲性能的影响  74-75
      6.3.3 mPE-g-MAH对WPC的改性机理  75
  7 木粉增强聚乙烯的研究  75-81
    7.1 木粉用量对WPC性能的影响  75-79
      7.1.1 木粉用量对力学性能的影响  76-78
      7.1.2 木粉用量对熔融指数的影响  78
      7.1.3 木粉用量对其它性能的影响  78-79
    7.2 木粉增强机理的探讨  79-81
  8 木粉的碱化处理对木粉增强效果的影响  81-85
    8.1 碱处理对复合材料力学性能的影响  81-84
    8.2 木粉碱处理的作用机理探讨  84-85
  9 Nano-CaCO_3与木粉对聚乙烯的协同增强作用  85-89
    9.1 Nano-CaCO_3的增强作用  86-89
      9.1.1 纳米碳酸钙用量的确定  86
      9.1.2 纳米碳酸钙增强作用的综合评价  86-89
    9.2 Nano-CaCO_3的增强机理的探讨  89
  10 PE／木粉复合材料的无卤阻燃体系  89-95
    10.1 WPC的无卤阻燃体系及其组成  90
    10.2 本阻燃体系的阻燃机理  90-91
    10.3 APP促进木粉成炭的作用  91-92
    10.4 氧指数法表征阻燃性能  92-95
      10.4.1 氧指数法简介  92
      10.4.2 木粉用量对WPC氧指数的影响  92-94
      10.4.3 聚磷酸铵用量对复合材料氧指数的影响  94
      10.4.4 三聚氰胺对氧指数的影响  94-95
  11 锥形量热仪法研究燃烧性能  95-111
    11.1 锥形量热仪简介  95-98
      11.1.1 锥形量热仪的测试原理-耗氧原理  95-96
      11.1.2 锥形量热仪测试的实验参数及其意义  96-98
    11.2 木粉用量对复合材料燃烧性能的影响  98-102
      11.2.1 对点燃时间的影响  98
      11.2.2 对热释放速率的影响  98-100
      11.2.3 木粉用量对火灾性能指数的影响  100-101
      11.2.4 木粉用量对有效燃烧热(EHC)的影响  101-102
      11.2.5 木粉对燃烧热失重曲线的影响  102
      11.2.6 木粉对材料的生烟性能的影响  102
    11.3 聚磷酸铵及其用量对材料燃烧性能的影响  102-106
      11.3.1 APP及其用量对热释放速率的影响  104-105
      11.3.2 APP及其用量对有效燃烧热(EHC)的影响  105
      11.3.3 APP及其用量对燃烧热失重曲线的影响  105
      11.3.4 APP及其用量对烟生成速率(SPR)的影响  105-106
    11.4 三聚氰胺对阻燃体系的作用  106-111
      11.4.1 三聚氰胺对热释放速率的影响  106-107
      11.4.2 三聚氰胺对有效燃烧热的影响  107-109
      11.4.3 三聚氰胺对质量损失曲线的影响  109
      11.4.4 三聚氰胺对生烟速率的影响  109-111
结论  111-113
参考文献  113-118
致谢  118-119
攻读硕士学位期间发表的论文  119-120
《独创性声明》  120
《关于论文使用授权的说明》  120

聚乙烯基木塑复合材料及其无卤阻燃改性

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