聚丙烯/木粉复合材料的制备及性能

分别采用聚丙烯的固相接枝共聚物和熔融接枝共聚物作为聚丙烯/木粉复合材料的界面改性剂,研究两种多单体接枝共聚物用量对复合材料界面结构、拉伸性能、弯曲性能、抗冲击性能等的影响,并根据拉伸性能数据计算复合材料的界面黏结强度。结果表明:两种多单体接枝共聚物均能有效地提高复合材料的力学性能,并维持良好的热稳定性;随多单体接枝共聚物用量的增加,复合材料的力学性能提高,当多单体接枝共聚物用量为5 phr时,复合材料的界面相容性较稳定,力学性能最佳,界面黏结强度参数从2.56升至3.50以上,表明复合材料具有较强的界面黏结强度。

高性能TEMPO功能化木粉-聚乙烯醇/锂铝水滑石复合材料的制备及性能

【目的】探究聚乙烯醇/锂铝水滑石(PVA/LDH)分散液对巴沙木加工剩余物理化性能的影响,为构建高性能木质复合材料提供理论依据,实现木材加工剩余物的高值化利用。【方法】受天然贝壳“砖-泥”有序结构启发,以巴沙木加工剩余物(木粉)为主要原料,经脱木素和氧化改性,获得2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)功能化改性木粉(T-WP),向其中加入不同比例PVA/LDH分散液,通过真空抽滤自组装过程将无机纳米片水滑石插层,构建天然有机聚合物与无机纳米片复合的高性能新型木质层状复合材料,基于FTIR、XPS、Zeta电位、力学性能等测试与分析,探究各组分间的相互作用及机械性能协同增强机制。【结果】1)木粉粒径100目时,纯T-WP薄膜的力学拉伸强度和韧性最大,分别为(225.25±0.82)MPa和(5.18±0.36)MJ·m^(-3)。2)PVA/LDH纳米片体系在T-WP上成功插层,并与T-WP分子链上的含氧官能团形成氢键、静电相互作用以及共价交联作用。3)对不同PVA/LDH添加量的T-WP-PVA/LDH复合材料进行力学性能分析,PVA/LDH添加量为20 wt%时,T-WP-PVA/LDH复合材料的拉伸强度和杨氏模量最大,分别为(287.29±4.91)MPa和(14.21±2.60)GPa,是纯T-WP的1.28和2.40倍。4)在相对湿度90%、温度25℃条件下放置16 h,T-WP-PVA/LDH复合材料的吸湿率为45.43%,力学拉伸强度为105.40 MPa;在湿润土壤中,T-WP-PVA/LDH复合材料表现出较好的可生物降解特性。【结论】T-WP-PVA/LDH仿生层状复合材料中,T-WP分子链上的活性含氧基团与PVA/LDH体系形成氢键、静电相互作用以及Al—O—C共价交联作用,构建协同增强体系,赋予T-WP-PVA/LDH复合材料优异的力学性能。木质层状复合材料优异的特性使其在包装、地膜、一次性餐盒等领域具有广泛应用前景,有望替代部分聚乙烯、聚丙烯等石油基产品。

木粉加工目数与细胞裂解机理的研究

依据木粉的目数和形态将其应用于不同材料领域可产生许多新特性的高附加值产品。在试验过程中以落叶松锯屑为加工原料,根据理论分析和试验结果,确定出了不同目数的木粉与木材细胞裂解间的关系及与加工工艺间的关系。试验结果表明,传统木粉机生产的木粉颗粒主要呈棒状,木屑颗粒的断裂主要是由于加工系统供给的能量大于纤维间的结合力,管胞间发生径向剥离并使颗粒的长径比随着颗粒的径向断裂逐渐减小;超细木粉机提供的能量使纤丝间发生位错产生滑移导致木材细胞横向结构破坏,木粉粒径更小。并将不同目数的木粉与加工时间、加工刀具和加工后得到的样品进行分析研究,并对木粉形态和粒径大小进行显微观测为针叶材管胞的破胞和今后纳米木粉的研究提供了意义重大的试验数据和理论支持。

木粉预处理对PP/WF复合材料力学性能的影响

随着环境的恶化和森林资源的匮乏,木塑复合材料等代木材料愈显重要。界面相容性差导致力学性能不足是限制木塑复合材料应用的重要因素。为了提高木塑复合材料的力学性能,分别采用干燥、汽蒸、水煮等方式处理木粉,研究这三种处理方式对接枝共聚物增容的聚丙烯/木粉复合材料界面相容性以及拉伸性能、弯曲性能、冲击性能等力学性能的影响;并根据拉伸性能计算复合材料的界面结合强度。结果表明,汽蒸、水煮两种处理方式有助于进一步提高该复合材料的界面相容性及其力学性能;水煮处理比汽蒸和干燥处理更有效地提高复合材料的力学性能。干燥、汽蒸、水煮三种处理复合材料的界面结合强度参数B值分别是3.45、3.48和3.54,均高于未增容聚丙烯/木粉复合材料的2.72,表明复合材料具有较强的界面结合强度。

3D打印工艺对木粉/聚乳酸材料性能的影响

采用熔融沉积法(FDM)3D打印工艺制作木粉(WF)与聚乳酸(PLA)质量比为3∶100的WF/PLA复合材料,研究了打印工艺参数对WF/PLA复合材料力学性能的影响,确定了最佳打印工艺条件,然后,在最佳条件下,打印WF与PLA质量比为11∶100的WF/PLA复合材料,并且,将该材料的性能与FDM 3D打印PLA试样进行了对比。结果表明,当打印层厚度为0.1 mm、打印温度为220℃、打印速度为50 mm/s、填充密度为100%、沉积角度为0时,WF/PLA复合材料的力学性能最佳。在该工艺条件下,WF与PLA质量比为11∶100的WF/PLA复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为纯PLA的89.61%、97.56%、82.86%、92.40%和95.04%,与纯PLA相比,复合材料的表面润湿性能较好,吸水率显著增大。

木粉聚醚催化合成新工艺研究

对木粉醚化合成木粉聚醚的合成工艺进行进一步研究，找到了一种新的催化剂，考察了各种影响因素对催化反应的影响，获得了较佳工艺条件；并对各种聚醚的粘度进行了测定。实验表明，该种新工艺进一步提高了水粉的液化率，大大降低了木粉聚醚的粘度，完全能够满足现有聚氨酯生产设备的要求。

木粉配比对木塑复合材料切削性能的影响

为了研究不同木粉配比对木塑复合材料切削性能的影响,避免木塑复合材料加工过程中高能耗和加工质量差的问题,试验采用直齿圆柱铣削方式,以木粉含量、每齿进给量和切削深度为变量,研究不同木粉含量对木塑复合材料铣削的性能影响。在每齿进给量和切削深度相同的情况下,四种不同木粉配比的木塑复合材料切削力大小为:WPC(木粉55%)<WPC(木粉50%)<WPC(木粉40%)<WPC(木粉70%);四种不同木粉配比的木塑复合材料切削温度和表面粗糙度的大小为:WPC(木粉40%)<WPC(木粉50%)<WPC(木粉55%)<WPC(木粉70%)。在木塑复合材料的实际生产过程中,木粉含量较少时,高转速和高切削深度时工件表面质量最佳,可以选用的参数为切削深度1.5 mm和每齿进给量0.5 mm/Z,可以提高加工效率。木粉含量较多时,切削深度0.5 mm时,每齿进给量应在0.3 mm/Z以下才能满足加工质量的要求。

微波裂解木粉生物质制混合可燃气的研究

生物质是化石燃料的一种很有前途的替代品,随着世界能源消耗的持续增加,研究如何高效利用生物质已经成为了一个极具前景的方向。本研究提出了一种高效快速的方法,利用木粉生物质催化分解产出主要成分为CO与H_(2)的混合气。使用自主设计的压缩波导以及廉价的铁基催化剂催化裂解生物质,得到了较好的结果,其中CO产率约为28.15 mmol/g,H_(2)产率约为18.29 mmol/g。探索了物料中木粉与催化剂的不同配比、催化剂内铁铝元素配比及电磁场分布情况对气体产率的影响,并得到了能以较高产率裂解木粉生物质的反应条件,展示了以木粉为原料生产可燃气的潜力。

聚磷酸铵-淀粉对木粉/聚苯乙烯复合材料的阻燃作用

利用锥形量热仪分析了聚磷酸铵(APP)-淀粉阻燃体系在木粉/聚苯乙烯复合材料(WF-PS)中的阻燃作用。结果表明,添加APP能有效降低WF-PS的热释放速率(HRR)和总热释放量(THR),增加成炭量,延长点燃时间(TTI),表现出显著的阻燃作用;APP对WF-PS的有效燃烧热影响不大,说明APP的阻燃作用为凝聚相机理,成炭是该机理的重要方面;添加淀粉作为APP的辅助成炭剂,能够提高阻燃效率并减少APP用量,APP-淀粉是WF-PS复合材料的有效膨胀型阻燃体系。APP-淀粉的添加对WF-PS的力学性质有一定不利影响,但是当APP用量在10%以下、淀粉用量2%以下时,WF-PS可保持良好的力学性能。

木粉粒径对木塑复合材料性能的影响

采用不同粒径的木粉填充高密度聚乙烯制备木塑复合材料,研究了木粉粒径对本塑复合材料力学性能和加工流动性的影响。结果表明:木粉粒径对复合材料性能的影响十分明显,较大粒径的木粉有利于复合材料弯曲性能和冲击强度的提高。木粉粒径从100μm增加到850μm,复合材料弯曲强度增加10.4%,弯曲模量增加56.3%,冲击强度增加14.6%。随木粉粒径的增大,拉伸强度呈现先上升后下降的趋势,在200μm时出现最大值。木粉粒径对熔体流动速率(MFR)和密度的影响十分明显,大粒径的木粉使复合材料具有较高的MFR和较低的密度。

不同相容剂对PP/木粉复合材料力学性能的影响

研究了3种相容剂和3种偶联剂分别在单独使用和配合使用情况下对PP/木粉(质量比50/50)复合材料力学性能的影响。相容剂PP-g-MAH、PE-g-MAH、SBS-g-MAH单独使用发现:SBS-g-MAH使材料综合性能最好,PE-g-MAH对冲击强度提高明显。硅烷偶联剂HP-172在提高复合材料的冲击强度和拉伸强度方面较好,HP-174对弯曲性能改善较好,钛酸酯偶联剂NDZ-201仅对弯曲模量有所改善,而对其它性能改善不大。相容剂与偶联剂共同使用具有协同效应,其中HP-174与SBS-g-MAH并用效果最好,使各项力学性能都有提高。

木粉/壳聚糖接枝共聚吸附树脂的制备及其Pb^(2+)吸附

以木粉(WF)、壳聚糖(Chit)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)为原料,过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)为交联剂,自由基聚合得到共聚物;在乙醇-NaOH溶液中浸泡中和,制备木粉/壳聚糖-g-P(AA-AM)(WCPAAM)高效Pb2+吸附树脂。正交试验结果表明,合成树脂的优化工艺为:[AA]/[AM]=2g/4g、[Chit]/[M]=1.2g/6g、[C]/[M]=1.8‰(质量浓度,下同)、[I]/[M]=2.8%(质量浓度,下同)、预引发时间(温度)t=24min(60℃);影响树脂吸附量的因素依次为:交联度浓度>单体配比>壳聚糖浓度>引发剂浓度>>预引发时间t。WCPAAM树脂的最佳使用条件为:树脂用量0.20g/L,pH=5,[Pb2+]=0.75mmol/L,使用温度(时间)25℃(8～10h),此时树脂对Pb2+的吸附量达2.52mmol/g,去除率为99.71%。

木粉含量对PE-HD/木粉复合材料热性能及热流变性能的影响

以回收高密度聚乙烯(PE-HD)为塑料基体,以木粉作为填充料,用微型挤出成型设备制备了PE-HD/木粉复合材料,研究了高填充含量的木粉对PE-HD/木粉复合材料热性能、热流变性能的影响。结果表明,随着木粉含量的增加,PE-HD/木粉复合材料的熔融峰温度降低,结晶峰温度增加;PE-HD/木粉复合材料的热分解分两个阶段,木粉含量的增加,降低了PE-HD的分解速度和PE-HD/木粉复合材料的分解总量;随着木粉含量的增加,PE-HD/木粉复合材料的表观黏度增大、假塑性增强,对剪切的依赖性增强,可以通过提高剪切速率降低材料的表观黏度。

不同木粉浓度下爆炸压力的动力学理论模拟

从燃烧动力学、热力学以及气体分子动力学理论出发,推导了木粉燃爆的动力学理论模型,对试验得到的所有木粉浓度的爆炸压力进行了理论仿真计算。与现有模型计算结果相比,试验模型对数据的拟合更好,不同浓度相应的最大爆炸压力理论计算也与试验结果更吻合。此外,利用试验理论模型还可以很好地拟合现有模型没有拟合的3种不同木粉浓度的试验数据,理论计算值与试验值的偏离最低为1%,平均偏离为5%。结果表明:木粉燃爆的最大爆炸压力先随木粉浓度增加而升高,并在中间某一浓度时达到极大值。随着浓度增加,最大爆炸压力反而呈现下降趋势。理论仿真计算结果与试验结果一致,弥补了现有模型存在的理论计算与试验测试不一致的缺陷。

丙烯腈/木粉接枝共聚物的合成及其水解物的吸附特性研究

以Fe2 +/H2 O2 作为引发剂 ,将丙烯腈和木粉进行接枝共聚 ,得到丙烯腈 /木粉接枝共聚物 (PANW ) ,再经适度水解的方法合成阳离子交换树脂———羧基木粉。研究影响接枝共聚反应的各种因素和水解条件 ,并讨论羧基木粉对重金属离子和阳离子型染料的吸附特性。实验结果表明 :( 1)在适量引发剂 (FeSO4 ·7H2 O =1g)和适当温度 ( 60℃ )作用下 ,可得到较高接枝增量和接枝率的PANW ;( 2 )在PANW的水解反应中 ,在碱性催化剂作用下 ,可得到羧基含量高的产物 ,但收率较低 ;而在酸性催化剂作用下 ,则得到羧基含量低的产物 ,但收率较高 ;( 3)羧基木粉对阳离子型染料———碱性桃红的吸附容量与起始浓度有关 ,本实验中 ,羧基木粉对碱性桃红的吸附容量最高可达 50 0mg/g ,对Cu2 +的吸附容量最高可达 39mg/g ;( 4 )经 0 .3mol/LHCl再生4次后 ,羧基木粉对碱性桃红的吸附容量保持在 4 4 0mg/g以上 ,在含有多种金属离子的溶液中 。

不同助剂对木粉腻子性能的影响

以固体含量为16%的聚醋酸乙烯酯乳液和500目木粉为主要原料,加入两种助剂制备木粉腻子,讨论助剂种类及加量对木粉腻性能的影响。结果表明:两种助剂均可有效改善木粉腻子的性能,并随其加量增大,腻子的耐水性、耐磨性明显提高;当助剂环氧树脂加量为8.0%、异氰酸酯加量为2.0%时,配制的两种腻子综合效果最佳。

木粉粒度对有机木粉腻子性能的影响

利用木材加工剩余物为原料,加工300、500、800和1000目四种不同粒度的木粉,按一定比例与聚醋酸乙烯酯乳液和甲苯二异氰酸酯混合,制备木材底涂用有机木粉腻子,分析木粉粒度对腻子性能指标的影响。结果表明:在木粉腻子各原料配比确定情况下,500目木粉配制的有机木粉腻子,其涂饰性、附着力和外观等性能,优于其他粒度木粉配制的腻子。

木粉处理对PVC／木粉填充体系性能的影响

选用热塑性塑料PVC和100目木粉填料为原料，研究了木粉的不同处理方法对填充体系力学性能的影响。研究结果表明，采用处理剂A、B、C、D处理木粉可明显提高填充体系的拉伸强度，但材料冲击强度却稍有降低；四种处理剂处理效果相比较，处理剂B的效果相对好些；采用NaOH预处理后再进行处理剂处理，可明显提高填充体系的相容性，使材料的力学性能有所提高。

木粉抽提物对PE-HD/木粉复合材料力学性能的影响

采用不同的方法对木粉进行抽提处理,研究木粉抽提物对高密度聚乙烯(PE-HD)/木粉复合材料力学性能的影响,结果表明:木粉抽提物的移出,使木粉颗粒变得较疏松和有孔隙存在,增强了木粉在PE-HD间的分散性,从而提高复合材料的力学性能。其中热水抽提的木粉对复合材料的力学性能提高最显著。

木粉含量对PE-WPCs射流等离子体处理时效性的影响

采用空气射流等离子放电技术对木粉/聚乙烯复合材料(PE-WPCs)进行表面处理,以改善其胶接性能,通过接触角和胶接强度测试、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)方法等分析研究了木粉含量对PE-WPCs等离子体处理时效性的影响.结果表明:经射流等离子体处理后,PE-WPCs表面产生了含氧极性基团,表面接触角减小,胶接强度明显提高;随着放置时间的延长,处理后PE-WPCs表面极性基团数量减少,表面接触角增大,胶接强度略有下降,表现出一定的处理时效性;PE-WPCs木粉含量越高,处理时效性越小;尽管存在时效性,但处理后PE-WPCs的胶接强度仍远高于未处理PE-WPCs.