苄基化改性稻草复合材料力学性能研究课件.ppt

1、 1. 前前 言言1.1 木塑复合材料木塑复合材料 木塑复合材料（木塑复合材料（Wood Plastic Composite，简称，简称WPC）是用木纤维或植物纤维填充、增强的改性）是用木纤维或植物纤维填充、增强的改性热塑性材料。新一代木塑复合材料是利用热塑性材料。新一代木塑复合材料是利用植物纤植物纤维维（包括木粉、农作物秸秆如（包括木粉、农作物秸秆如麦秸、稻草、麦秸、稻草、棉秸、棉秸、麻秆、花生壳、稻壳、甘蔗渣、竹粉等）与麻秆、花生壳、稻壳、甘蔗渣、竹粉等）与废旧废旧塑料塑料通过高分子复合新工艺而制成的通过高分子复合新工艺而制成的外观似木材外观似木材的新材料的新材料。1.2 木塑复合材料的优

2、点木塑复合材料的优点:(1)易于加工易于加工: 可锯、刨、钉；可锯、刨、钉；(2)强度高，耐用性好强度高，耐用性好。抗压、抗冲击性与硬木相当，。抗压、抗冲击性与硬木相当，其耐用性明显优于普通木质材料；其耐用性明显优于普通木质材料；(3)耐水，耐腐蚀，不易被虫蛀耐水，耐腐蚀，不易被虫蛀；(4)可调整性可调整性。加入不同助剂，改变木塑材料的密度、。加入不同助剂，改变木塑材料的密度、强度、抗老化、防静电、阻燃等性能；强度、抗老化、防静电、阻燃等性能；(5)原料来源广泛，价格低廉。原料来源广泛，价格低廉。1.3 1.3 木塑复合材料的应用木塑复合材料的应用木塑复合材料的应用领域极其广泛，可以说凡是木材

3、的应用领域，都可以用木塑复合材料。（1）包装、运输类：托盘、军品和民品包装箱、玻璃包装箱、周转箱，插车货板、仓储垫板、铁路枕木等。（2）园林景观类：凉亭、座椅、栅栏、铺板等市政产品。（3）车辆船舶类：汽车等内装材、风扇罩、仪表架等部件、船 舶内装和隔热材等。 （4）家装及建筑类：活动房屋，地板、家具，窗框，门板，门褴，混凝土模板，楼梯扶手，墙壁，天棚。（5）其它类：农用大棚支架及用桶、钓鱼用舢板、水产箱、教学用品、枪托、球拍、滑雪板、高尔夫球棒、舞台用品以及各种模型等。1.4 存在问题存在问题 植物纤维的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，它们均含有大量的极性羟基和酚羟基，为亲水性的强极性物质

4、；作为基底的塑料是疏水性材料。因此，在制备混杂增强木塑复合材料过程中，需要解决的一个主要问题就是使亲水的极性增强材料与疏水的非极性基体材料之间能够具有良好的界面相容性，使二者的界面层达到分子间的融合，从而提高木塑复合材料的力学性能。稻草/PE复合材料拉伸断面SEMa-天然天然稻草稻草/PE; b-乙酰化乙酰化稻草稻草/PE2. 实验材料与方法实验材料与方法2.1 稻草苄基化改性稻草苄基化改性 制粉：稻草秸秆剪碎，清洗，干燥，粉碎、过筛。 预处理：天然稻草粉末用10 %的NaOH溶液煮沸3 h，以去离子水洗至中性，抽滤，80干燥12 h。 改性：取20.0 g预处理稻草，放入500 mL三口烧瓶

5、中，加入50 %NaOH溶液60 mL，甲苯200 mL，氯化苄80.0 mL，十六烷基三甲基溴化铵0.20g，在120下搅拌反应8 h。产物洗涤、抽滤，80烘干。2.2 WPC的制备的制备 天然稻草和氯化苄改性稻草分别与PE混炼、挤出。选取共混温度、共混转速、稻草含量为三个实验因素，确定一个较优共混条件。试样是用转矩流变仪的挤出机挤出、冷却、定型制成，螺杆转速均为25 rpm。表表1 正交实验因素水平表正交实验因素水平表水平水平共混温度共混温度/共混转速共混转速/rpm稻草含量稻草含量/%112015102130251531403520415045252.2 复合材料性能测试复合材料性能测试

6、v力学性能测试力学性能测试 参照塑料拉伸性能试验方法国家标准GB/T 1040-92，将正交实验得到的PE/稻草复合材料和PE分别制成哑铃型试样，在室温下，用微机控制电子万能试验机测试其拉伸力学性能，如拉伸强度，断裂伸长率。vSEM分析分析 分别对复合材料拉伸断裂断面和脆断断面进行SEM分析3 结果与讨论结果与讨论3.1天然稻草与天然稻草与PE共混共混 12342.32.42.52.62.72.82.93.03.13.2blending temperature blending rotating speedrice straw contentTensile strength / MPaLeve

7、l图图1 天然稻草与天然稻草与PE(PE/R)共混三因素对共混三因素对拉伸强度拉伸强度的影响的影响随着共混温度的增加，拉伸强度先是逐渐降低，然后逐渐增加，当温度为120时，拉伸强度为2.541 MPa，130时拉伸强度最低为2.405 MPa，比120时减少了5%。随着共混转速的增加，拉伸强度逐渐升高。从15 rpm的2.465 MPa到45 rpm的2.721 MPa。随着天然稻草含量的增加，拉伸强度呈下降趋势，从3.116 MPa降低到2.366 MPa，降低了24%。 3.1天然稻草与天然稻草与PE共混共混 图图2 天然稻草与天然稻草与PE(PE/R)共混三因素对共混三因素对断裂伸长率断

8、裂伸长率的影响的影响12341520253035404550blending temperature blending rotating speedrice straw contentElongation at break / %Level随着稻草含量的增加，断裂伸长率明显减小，从45.7%降低到17 %，降低了62.8%，共混温度和共混转速对断裂伸长率的影响不大。 3.2氯化苄改性稻草与氯化苄改性稻草与PE共混共混 12342.452.502.552.602.652.702.752.802.852.902.953.003.053.103.153.20blending temperature

9、blending rotating speedrice straw contentTensile strength / MPaLevel图图3 氯化苄改性稻草与氯化苄改性稻草与PE(PE/LHB)共混三因素对拉伸强度的影响共混三因素对拉伸强度的影响随着共混转速的增加，拉伸强度先是升高，在25 rmp（水平2）时出现一个小峰，然后又降低，在45 rpm（水平4）时达到最大，由15 rpm（水平1）时的2.73 MPa增加到到45 rpm时的2.868 MPa，增长了5.1 %。随着向聚合体基体中加入改性稻草，拉伸强度呈下降趋势，从3.152 MPa降低到2.49 MPa，降低了21 %，小于天然

10、稻草的降低幅度（24 %）。随着共混温度的增加，拉伸强度先增大，后减少。 3.2氯化苄改性稻草与氯化苄改性稻草与PE共混共混 1234202530354045505560blending temperature blending rotating speedrice straw contentElongation at break / %Level图图4 氯化苄改性稻草与氯化苄改性稻草与PE(PE/LHB)共混三因素对断裂伸长率的影响共混三因素对断裂伸长率的影响随着稻草含量的增加，断裂伸长率减少，从56.7 %降低到21.7%，降低了61.7 %。 3.3 天然稻草天然稻草WPC与改性稻草与改

11、性稻草WPC力学性能比较力学性能比较012345678910111213141516171.82.02.22.42.62.83.03.23.43.6LDPE/lignocellulosic fibre compositeTensile strength,MPa Nature rice straw Etherified straw01234567891011121314151617010203040506070Elongation at break,%LDPE/lignocellulosic fibre composite Nature rice straw Etherified straw图图

12、6天然稻草复合材料与氯化苄改性稻草复合材料断裂伸长率的比较天然稻草复合材料与氯化苄改性稻草复合材料断裂伸长率的比较相同的共混条件下改性稻草复合材料的断裂伸长率，改性稻草复合材料的断裂伸长率均明显高于天然稻草复合材料，最多高22%。 3.3 天然稻草天然稻草WPC与改性稻草与改性稻草WPC力学性能比较力学性能比较3.4天然稻草复合材料与改性稻草复合材料天然稻草复合材料与改性稻草复合材料SEM分析分析 图图7 复合材料拉伸断裂断面的复合材料拉伸断裂断面的SEM照片。照片。(a)天然稻草复合材料天然稻草复合材料 (b)改性稻草复合材料。改性稻草复合材料。3.4天然稻草复合材料与改性稻草复合材料天然稻草复合材料与改性稻草复合材料SEM分析分析图图8 复合材料脆断断面的复合材料脆断断面的SEM照片。照片。(a)天然稻草复合材料天然稻草复合材料 (b)改性稻草复合材料。改性稻草复合材料。4 结论结论v 稻草含量是影响天然稻草复合材料和氯化苄改性稻草复合材料的拉伸性能最主要因素。v 将天然稻草复合材料与改性稻草复合材料的力学性能进行比较可得，相同共混条件下改性稻草复合材料的拉伸强度大部分比天然稻草复合材料的值大，断裂伸长率明显高于天然稻草复合材料。v 天然稻草复合材料和改性稻草复合材料的拉伸断裂断面和脆断断面的SEM图表明，改性稻草与PE的相容性优于天然稻草。谢 谢