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竹塑复合材料界面改性研究

世界林业研究 2018年第4期31卷 59-63页

作者：张凯强陈政豪郝丞艺宋伟张双保木质材料科学与应用教育部重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院

竹塑复合材料作为复合材料研究热点领域,具有较高的商业附加值与更为突出的环保意义。竹塑复合材料的界面改性一直是困扰竹塑复合材料发展的一大难题,也是这一领域的研究热点。基于构成竹塑复合材料的界面构成体系,界面改性可以通过竹... 详细信息

竹塑复合材料作为复合材料研究热点领域,具有较高的商业附加值与更为突出的环保意义。竹塑复合材料的界面改性一直是困扰竹塑复合材料发展的一大难题,也是这一领域的研究热点。基于构成竹塑复合材料的界面构成体系,界面改性可以通过竹纤维的表面进行预处理、加入界面相容剂与改进加工工艺这3个方面进行。文中综合国内外研究现状,从这3个方面概述了竹塑复合材料界面改性技术的发展。

关键词：竹塑复合材料纤维表面预处理界面相容剂加工工艺

基于竹粉表/界面调控的竹塑复合材料的制备及性能分析

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塑料工业 2024年第5期52卷 83-89页

作者：刘远贵孙永平柴希娟徐开蒙解林坤西南林业大学材料与化学工程学院云南昆明650224 西南林业大学云南省木材胶黏剂及胶合制品重点实验室云南昆明650224

为改善竹粉与非极性聚合物之间的界面相容性,以NaOH溶液及甲基三甲氧基硅烷(MTMS)对竹粉进行协同改性,然后与线型低密度聚乙烯(LLDPE)均匀混合热压制备了竹塑复合材料(BPC)。对改性前后竹粉的化学结构、润湿性及所制备BPC的力学性能、... 详细信息

为改善竹粉与非极性聚合物之间的界面相容性,以NaOH溶液及甲基三甲氧基硅烷(MTMS)对竹粉进行协同改性,然后与线型低密度聚乙烯(LLDPE)均匀混合热压制备了竹塑复合材料(BPC)。对改性前后竹粉的化学结构、润湿性及所制备BPC的力学性能、断面形貌、吸水性和尺寸稳定性进行了分析和表征。结果表明,经NaOH溶液处理的竹粉其亲水性增强,结晶度增加,用MTMS进一步改性后其表面引入了低表面能的Si—CH_(3)基团,竹粉由亲水性转变为疏水性;NaOH与MTMS协同改性竹粉与未改性竹粉制备的BPC相比,其抗拉强度和静曲强度分别提高了29.5%、28.6%,吸水率由16%下降到8%,24 h吸水厚度膨胀率由3.4%下降到1.3%。

关键词：竹塑复合材料界面相容性线型低密度聚乙烯甲基三甲氧基硅烷疏水改性力学性能

竹质纤维形态对聚乳酸基竹塑复合材料性能的影响

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工程塑料应用 2024年第1期52卷 32-37页

作者：龚新怀黄垚焜葛良望蔡佳栩金富露肖峰武夷学院生态与资源工程学院福建省竹生态产业协同创新中心福建武夷山354300 华侨大学材料科学与工程学院环境友好功能材料教育部工程研究中心福建厦门361021

为高值化利用竹材加工剩余物资源,以聚乳酸(PLA)为基体,竹粉纤维(BF)、竹屑纤维(BS)、竹原纤维(BN)与竹浆纤维(BP)为填料,采用密炼-注塑工艺制备了四种竹塑复合材料,研究了竹质纤维种类对其结构与性能的影响。研究结果显示,BP与BN纤维... 详细信息

为高值化利用竹材加工剩余物资源,以聚乳酸(PLA)为基体,竹粉纤维(BF)、竹屑纤维(BS)、竹原纤维(BN)与竹浆纤维(BP)为填料,采用密炼-注塑工艺制备了四种竹塑复合材料,研究了竹质纤维种类对其结构与性能的影响。研究结果显示,BP与BN纤维长径比更大,BS中颗粒形态较多,BF与BS质地较刚硬。BF、BN与PLA共混熔体的混炼扭矩更大,PLA/BP复合材料吸水率最大。BF,BS,BN与PLA的界面相容性较好,其添加改善了复合材料的力学性能,而BP添加降低了复合材料的力学性能。与PLA相比,在纤维质量分数为30%时,PLA/BF,PLA/BS与PLA/BN复合材料拉伸强度分别提高了17.85%,13.6%,11.89%,冲击强度分别提高24.33%,18.70%,35.57%,弯曲强度分别提高19.45%,21.45%,4.99%。PLA/BF复合材料的综合力学性能最优,其次为PLA/BS复合材料,PLA/BP复合材料最差。研究可为竹塑复合材料的开发与应用提供有益参考。

关键词：竹塑复合材料竹纤维聚乳酸微观形态力学性能

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竹塑复合材料的冲击韧性

东北林业大学学报 2015年第4期43卷 101-103,136页

作者：羡瑜李海栋邓健超王戈程海涛任文涵国际竹藤中心北京100102

以高密度聚乙烯(HDPE)、马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、竹浆纤维、竹造纸剩余物竹屑、白泥为试验原料,制造竹塑复合材料。采用基本断裂功(EWF)方法对竹屑/HDPE、白泥/竹屑/HDPE和竹浆纤维/竹屑/HDPE3种复合材料的冲击韧性进行了研究,比较... 详细信息

以高密度聚乙烯(HDPE)、马来酸酐接枝聚乙烯(MAPE)、竹浆纤维、竹造纸剩余物竹屑、白泥为试验原料,制造竹塑复合材料。采用基本断裂功(EWF)方法对竹屑/HDPE、白泥/竹屑/HDPE和竹浆纤维/竹屑/HDPE3种复合材料的冲击韧性进行了研究,比较了不同质量分数的竹屑、白泥、竹浆纤维对复合材料各性能参数的影响。结果表明:复合材料的比基本断裂功(we)随着竹屑和白泥的增加逐渐下降,随着竹浆纤维的增加显著提高;竹屑和竹浆纤维的质量分数对竹塑复合材料的比非基本断裂功(βwp)影响较小。

关键词：竹塑复合材料基本断裂功冲击韧性

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竹塑复合材料防霉性能研究

竹塑复合材料防霉性能研究

作者：苏国基福建农林大学

学位级别：硕士

我国竹类资源相当丰富,竹塑复合材料具有竹材资源利用率高、材料力学性能好、产品加工性能好等优点,在建筑、市政、装饰、物流等领域竹塑复合材料具有广阔的应用前景。由于在高湿度的环境中竹塑复合材料会发生霉变,从而造成材料性能下... 详细信息

我国竹类资源相当丰富,竹塑复合材料具有竹材资源利用率高、材料力学性能好、产品加工性能好等优点,在建筑、市政、装饰、物流等领域竹塑复合材料具有广阔的应用前景。由于在高湿度的环境中竹塑复合材料会发生霉变,从而造成材料性能下降和产生环境污染,因此,防霉问题成为竹塑复合材料生产和应用过程中拟解决的关键问题之一。论文探索了竹材发生霉变的因素,研究了热处理、防霉剂对竹材及其复合材料防霉性能的影响,研究成果为改善竹塑复合材料防霉性能开辟了一条有效的途径。探索了竹材主要组分和组合模型物的霉变情况。研究结果表明,竹材中半纤维素、葡萄糖、纤维素对竹材霉变有一定的负面影响,蛋白质和淀粉对竹材霉变有较大的负面影响,按照对竹粉霉变的影响强弱顺序排列,依次为蛋白质、淀粉、半纤维素、葡萄糖、纤维素;木质素、油脂对霉菌有抑制作用,对提高竹材防霉性能有促进作用。研究了竹粉热处理对竹粉及其竹塑复合材料防霉性能的影响。研究结果表明,热处理降低了竹粉中纤维素、半纤维素、葡萄糖、淀粉和蛋白质的相对含量,提高了木质素的相对含量;热处理有利于抑制蛋白质和纤维素的霉变,但是会提高淀粉和半纤维素的霉变程度,对葡萄糖和木质素霉变的影响则较小;热处理会降低了竹粉的吸水率,提高竹粉的防霉性能,同时也会影响竹粉的材色;竹塑复合材料的防霉性能随竹粉热处理温度升高而提高,竹粉经过温度170℃、时间120min的热处理,竹塑复合材料霉变被害值等级从3.75级降至3.0级,防治效力达到20%;随热处理温度上升,竹粉颜色明度值降低,色差值增大,温度低于170℃,竹粉色差变化不明显,超过170℃竹粉色差变化显著;用热处理竹粉制备竹塑复合材料,竹塑复合材料明度值下降、色差值增加;竹粉热处理温度低于170℃,竹粉热处理对竹塑复合材料弯曲性能影响不显著。研究了肉桂醇的抑菌性能及肉桂醇用量对竹塑复合材料防霉性能的影响。肉桂醇对霉菌繁殖生长具有较好的抑制能力,在200℃温度下,肉桂醇具有抑菌性能,温度对肉桂醇的抑菌性影响不大;竹塑复合材料的防霉性能随肉桂醇添加量增加而提高,肉桂醇较合适的添加量为竹粉含量的0.5%～1.0%,经过28天霉变试验竹塑复合材料霉变等级降为2.8级～2.0级,防治效力达到28.2%～48.7%;添加肉桂醇对竹塑复合材料的材色和弯曲性能影响较小。研究了硅烷偶联剂改性纳米氧化锌对竹塑复合材料防霉性能的影响。红外谱图和透射电镜照片表明,硅烷偶联剂与纳米氧化锌发生缩合反应,形成硅-氧-锌结构,改性氧化锌形态为棒状或长条状,长度在40nm-1000nm左右,宽度基本上在100nm以下。研究结果表明,硅烷改性氧化锌对霉菌生长具有抑制作用,改性氧化锌较优添加量为竹粉用量的1%,竹塑复合材料霉变被害值降至1级,霉菌防治效力达到75%;硅烷改性氧化锌能够改变霉菌细胞膜的渗透性,从而影响霉菌新陈代谢,使霉菌胞内蛋白质的渗出量随改性氧化锌浓度升高而增大;硅烷改性氧化锌能够有效抑制竹塑复合材料霉变过程中材料表面因霉变而产生裂纹的现象,并能够减小竹塑复合材料在成型过程中因高温而引起的颜色变化;添加硅烷改性氧化锌对竹塑复合材料弯曲性能影响较小,有助于提高复合材料中竹纤维的热稳定性,但对聚丙烯降解有催化作用。

关键词：竹塑复合材料防霉热处理肉桂醇氧化锌

竹塑复合材料在宁夏灌区末级渠系衬砌中的应用研究

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水利水电技术 2012年第9期43卷 87-89页

作者：顾靖超陆立国宁夏水利科学研究所宁夏银川750021

宁夏灌区末级渠系渠道衬砌率低,冻胀破坏和渗漏损失严重,灌区农业灌溉水利用系数仅为0.42。而且,灌区末级渠系的衬砌改造一直全部采用混凝土刚性材料进行防渗,存在的问题较多。为此,引进了技术先进、价格合理、适应性强的竹塑复合材料... 详细信息

宁夏灌区末级渠系渠道衬砌率低,冻胀破坏和渗漏损失严重,灌区农业灌溉水利用系数仅为0.42。而且,灌区末级渠系的衬砌改造一直全部采用混凝土刚性材料进行防渗,存在的问题较多。为此,引进了技术先进、价格合理、适应性强的竹塑复合材料进行末级渠系衬砌,以改善灌区输水条件,延长衬砌工程使用寿命,实现水资源高效利用。本文从水力条件、节水效果、耕地占用、维修养护、施工速度等方面对传统混凝土渠道与竹塑复合材料衬砌渠道的特性进行了分析比较,并进行了相关综合经济效益评价。

关键词：竹塑复合材料衬砌末级渠系防渗处理宁夏灌区

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竹塑复合材料界面微纳力学表征方法研究

竹塑复合材料界面微纳力学表征方法研究

作者：王昊中国林业科学研究院

学位级别：硕士

现代先进复合材料的研究认为，复合材料界面并不是简单的二维几何面，而是增强相与基体之间通过分子扩散、化学键合等多种作用机制形成的微小过渡区域，也称界面相。界面相的大小和性能对复合材料的刚度、强度、韧性，甚至耐老化性能有... 详细信息

现代先进复合材料的研究认为，复合材料界面并不是简单的二维几何面，而是增强相与基体之间通过分子扩散、化学键合等多种作用机制形成的微小过渡区域，也称界面相。界面相的大小和性能对复合材料的刚度、强度、韧性，甚至耐老化性能有着重要的影响。因此，发展可靠的界面（相）力学表征新技术一直是复合材料的研究重点方向之一。与人造纤维基复合材料相比，植物纤维高分子复合材料界面研究的难度更大，缺乏可靠的界面力学表征技术。因此，论文以竹纤维/聚丙烯复合材料界面为研究对象，制备模式复合材料开展界面力学表征新技术研究，旨在发展适用于植物纤维热塑高分子复合材料体系的界面力学表征技术，为今后深入研究该类复合材料界面相、界面载荷传递效率与材料宏观性能之间的内在关系奠定方法学基础。论文的第二章基于自主研发的微拉伸设备和纤维拔出测试理念，提出了一种可以直接定量测定单根竹纤维与热塑性聚合物间界面剪切强度（IFSS）的新方法，并将该方法扩展到了竹纤维束与聚丙烯、碳纤维与环氧树脂两种不同的复合材料体系界面载荷传递效率的快速评价;第三章以竹纤维束/PP模式复合材料的界面过度区域（界面相）为研究对象，建立了峰值力定量纳米力学（Peakforce QNM）以及纳米动态力学分析（nano DMA）两种纳米力学成像技术实验方法学;第四章则使用两种不同偶联剂，即马来酸酐接枝聚丙烯（MAPP）和硅烷分别对竹纤维束/聚丙烯（PP）模式复合材料进行改性，并应用第二章和第三章建立的微纳尺度界面力学表征技术对其界面载荷传递效率以及界面相尺度进行定量评价，从力学的角度直接揭示了复合材料中机械互锁、化学结合等界面结合作用机制的存在，定量评估了竹塑复合材料的界面相尺度大小，以及其与界面载荷传递效率之间的内在关系。以上研究的主要结论归纳如下：（1）应用纤维拔出技术可以直接定量测量单根竹纤维、竹纤维束与PP之间的界面剪切强度。单根毛竹纤维与PP基体间的IFSS最大值为13.7MPa;最小值为1.1MPa，平均值为5MPa。测量值与纤维在基体中的埋入长度之间存在显著的负相关关系。因此，为了提高该拔出方法的可靠性和稳定性，需要对测试样品的纤维埋入长度进行严格控制。竹纤维束样品在PP中的埋入深度容易控制，变异性小，未改性PP与毛竹纤维束之间的界面剪切强度均值为9.3MPa，变异系数仅为19%。（2）基于拔出测试理念以及先前研发的微拉伸设备，提出了改进的微结合拔出测试技术。应用该技术快速测量得到惰性碳纤维与环氧树脂间的IFSS值为7.08MPa，变异系数为28%，测试效率显著高于传统方法。（3）nano DMA模量成像技术和Peakforce QNM成像技术均可以获得竹纤维束/MAPP模式复合材料界面区域的高对比度力学分布图像，但两者的空间分辨率存在显著差异。前者使用纳米探针的曲率半径较大，空间分辨率较低，用其评估其界面相厚度小于300nm，后者评估界面相的厚度小于100nm。由此可见，竹纤维束/PP复合材料的界面相尺度很小，减少力学探针曲率半径是提高空间分辨率的有效途径。（4）MAPP和硅烷偶联剂改性对竹纤维束/PP复合材料的界面结合强度有显著的影响。界面剪切强度随着MAPP含量的增加而显著增大。添加5wt%MAPP可以提高界面剪切强度54.84%;添加10wt%MAPP使大部分纤维束在拔出前断裂，显示两者之间优良的界面结合性能。硅烷偶联剂KH-550改性也可以提高竹塑复合材料的界面剪切性能，但效果不如MAPP显著。竹纤维束从聚丙烯基体拔出的位移-载荷曲线、竹纤维束表面及拔出后基体洞穴内表面形态，分别从微力学和形态学的角度揭示了化学键结合理论、机械互锁理论以及摩擦理论的存在。（5）本研究发现对于竹纤维/PP复合材料体系，界面载荷传递效率对界面相厚度影响不显著。但考虑到该复合材料体系的实际界面相可能小于Peakforce QNM和nano DMA所能探测到尺度极限，该研究结论是否成立还需进一步深入研究。

关键词：竹塑复合材料拔出力学测试纳米力学成像技术界面剪切强度界面相

两种增塑剂对废旧PVC基竹塑复合材料性能的影响

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材料科学与工程学报 2020年第1期38卷 123-128页

作者：冯泽旭宁莉萍逯新辉杜秋红曹金明四川农业大学林学院

分别采用DOP增塑剂和新型增塑剂聚己二酸丙二醇酯(Poly)对废旧聚氯乙烯(PVC)进行改性,采用热压成型工艺制备竹粉/废旧PVC基复合材料(BPC),分别考察了两种增塑剂的添加量对复合材料力学性能、热学性能的影响,采用扫描电镜(SEM)分析了材... 详细信息

分别采用DOP增塑剂和新型增塑剂聚己二酸丙二醇酯(Poly)对废旧聚氯乙烯(PVC)进行改性,采用热压成型工艺制备竹粉/废旧PVC基复合材料(BPC),分别考察了两种增塑剂的添加量对复合材料力学性能、热学性能的影响,采用扫描电镜(SEM)分析了材料的断面形貌,分别测定了两种增塑剂的迁出率及抽出率。研究结果表明:DOP和Poly用量较低时,出现反增塑效应,复合材料的弯曲强度均逐渐增大,并分别在用量为2phr和3phr时达到最大,但同时其抗冲击强度减小;随着增塑剂用量的进一步增加,复合材料弯曲强度减小而抗冲击强度增大。两种增塑剂的加入,均使复合材料的玻璃化温度及粘性降低,耐低温性能及加工性能改善;而导热系数均为先增大后减小。在相同的用量下,DOP的增塑效率略高于Poly,但耐迁移抽出性低于Poly。

关键词：聚己二酸丙二醇酯 DOP 竹塑复合材料热学性能迁出率抽出率

热致液晶共聚酯增强竹塑复合材料的力学和热性能

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林业工程学报 2020年第1期5卷 97-103页

作者：谭伟郝笑龙王清文欧荣贤华南农业大学材料与能源学院

与热塑性聚合物相比,热致液晶聚合物(TLCP)具有更低的黏度和更高的结晶度,以及更好的力学性能,有望用于增强竹塑复合材料(BPC)。利用不同质量分数的热致液晶聚合物(对羟基苯甲酸/2-羟基-6-萘甲酸共聚酯,HBA/HNA)作为增强相,马来酸酐接... 详细信息

与热塑性聚合物相比,热致液晶聚合物(TLCP)具有更低的黏度和更高的结晶度,以及更好的力学性能,有望用于增强竹塑复合材料(BPC)。利用不同质量分数的热致液晶聚合物(对羟基苯甲酸/2-羟基-6-萘甲酸共聚酯,HBA/HNA)作为增强相,马来酸酐接枝聚丙烯作为界面相容剂,通过熔融共混增强等规聚丙烯(PP),并以增强PP作为基体制备了竹粉质量分数为55%的BPC。通过力学测试、动态力学分析、差热分析、X射线衍射、蠕变分析、热重分析和热机械分析等方法,研究了HBA/HNA对BPC力学性能、结晶行为、蠕变行为和热稳定性的影响。结果显示,当HBA/HNA质量分数为PP质量的3%时,BPC的冲击强度和弯曲强度分别提高了35%和10%,而过高的HBA/HNA质量分数会降低增强效果。HBA/HNA未改变PP基体的晶型,但显著提高了PP的结晶温度、结晶速率和结晶度。刚性HBA/HNA限制了PP基体分子链的运动、滑移和取向,从而提高了30℃时BPC的抗蠕变能力。HBA/HNA的加入降低了BPC在30~60℃时厚度方向上的线性热膨胀系数和热膨胀率,提高了BPC的热稳定性。因此,通过HBA/HNA改性PP是提升BPC性能的有效方法。

关键词：竹塑复合材料热致液晶共聚酯力学性能结晶蠕变热稳定性