竹粉/聚丙烯复合材料的制备及性能研究

作     者：董婕 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王鉴

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：聚丙烯 竹粉 表面改性 力学性能 

摘      要：木质纤维增强塑料复合材料(Wood-fiber Plastic Composites,WPCs)即木塑复合材料,因其具有质量轻、价格低廉、能耗低且绿色环保等优点成为近年来化工材料领域的研究热点。由于植物纤维表面含有大量羟基官能团,属于亲水性材料,而塑料是疏水的非极性材料,两者相容性非常差,因此影响WPC制品性能的关键是使植物纤维得到良好的浸润,即提高木质纤维与塑料基体的界面相容性。本文以制备力学性能优异的竹粉/聚丙烯(BF/PP)复合材料为目的,以提高竹粉与PP树脂基体的界面相容性为出发点,对竹粉表面进行了化学改性。通过傅里叶变换红外技术(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及热重-差热分析(TG-DTA)等测试方法对样品的结构、形貌进行了表征;对比分析了改性前后竹粉/聚丙烯复合材料的性能,研究了复合材料的相容性机理。(1)以结晶度、活化指数和水接触角为指标分别优化了常温碱改性竹粉、KH-550改性竹粉和硬脂酸改性竹粉的反应条件,发现当NaOH浓度为10%时,竹粉的改性效果最好,结晶度达到最大为37.2%;当KH-550含量为2%,反应温度为80℃,反应时间为30 min时,得到的竹粉改性效果最好,活化指数为78.4%,水接触角达到120.4°;当硬脂酸用量为2.5%,反应温度为80℃,反应时间为30 min时,竹粉的改性效果最好,活化指数为83.2%,水接触角达到132.4°。接着,在上述最佳反应条件下,分别用碱和KH-550、碱和硬脂酸对竹粉进行复合改性。通过一系列表征可知:复合改性后,竹粉表面粗糙度显著增加,比表面积也显著提高,有利于提高复合材料的机械强度。(2)为了提高PP的强度与热稳定性,以改性竹粉为无机填料、MAH-g-PP为相容剂,采用熔融共混法制备了BF/PP复合材料。考察了竹粉填充量以及不同改性方法对复合材料的力学性能、热稳定性以及微观结构的影响,发现当竹粉填充量为10%时,复合材料的力学性能达到最佳。其中,用碱和KH-550作复合改性的竹粉/聚丙烯复合材料(K-BF/PP)的冲击强度和拉伸强度最大,分别为8.49 kJ/m2和33.69 MPa,较纯PP分别提高了85.8%和8.6%;复合改性后,竹粉在PP树脂基体中的分散性提高,增强了复合材料的界面强度,其改性效果较单一改性效果更佳。