PET/竹原纤维/不饱和聚酯复合材料的制备及性能研究

摘要

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）具有优良的综合性能，广泛应用于饮料包装瓶、合成纤维等领域。但PET在生产无纺布或耐高温纤维中，纤维经过改性处理后，无法继续熔融纺丝利用，从而产生大量的PET废纤，急待寻找其循环利用的有效方法。
　　本文采用不饱和聚酯（UPE）为基体，竹原纤维、PET纤维为增强体，通过手工铺装平板热压成型工艺制备PET废纤/竹原纤维混杂体系增强不饱和聚酯复合材料。由于PET是热塑性塑料，其弹性模量较低，竹纤维则具有很高的比强度和比模量。因此，PET纤维与竹原纤维混杂体系充分利用各自材料的优点，以此作为增强体制备的不饱和聚酯复合材料具有优良的综合性能。
　　本文研究PET废纤和竹原纤维的梳理方式（分别梳理和混合梳理）以及两者的质量比对复合材料力学性能和吸水性能的影响；采用等离子体对纤维进行表面改性并分析其对复合材料力学性能的影响；利用动态热机械分析（DMA）表征复合材料的动态力学行为；采用X射线衍射分析（XRD）测定改性前后纤维的晶体结构及结晶度；采用X射线光电子能谱（XPS）表征纤维表面化学成分；用扫描电子显微镜（SEM）观察复合材料的拉伸断面形貌及界面结合情况。研究得到以下结论：
　　(1)在相同纤维比例下，不同纤维梳理方式的复合材料拉伸强度无显著差异，而纤维混合梳理的复合材料弯曲强度和弯曲模量均显著高于分别梳理的复合材料。两种梳理方式复合材料的力学性能均随竹原纤维含量的增加而提高；当PET/竹原纤维质量比为2:8时，采用纤维混合梳理所得复合材料的力学性能最佳，与分别梳理的相同纤维质量比复合材料相比，其拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量明显提高（15.83％、45.71%和73.69%）。
　　(2)纤维分别梳理的复合材料耐水性能比纤维混合梳理的复合材料好，竹原纤维比例为80%时，分别梳理试件最大含水率比混合梳理的降低了64.29%。复合材料中竹原纤维比例越高，复合材料的吸水率越大。纤维混合梳理的复合材料试件的水分扩散系数明显高于纤维分别梳理的复合材料。温度对纤维分别梳理复合材料的扩散系数影响较小，对于纤维混合梳理的复合材料，沸水条件下复合材料的水分扩散系数显著高于室温下的。
　　(3)DMA分析表明：复合材料的储能模量随竹原纤维含量的增加而增加，但竹原纤维含量增加会明显降低复合材料的热稳定性，这是竹原纤维热稳定性较差所致。复合材料的损耗因子tanδ随PET含量的增加而增加，这是由于PET含有更多的柔性分子链，受力时更易发生形变，阻尼效应明显增加。
　　(4)XRD分析结果表明：竹原纤维经等离子体处理后，纤维表面的低分子杂质被清除，同时发生表面刻蚀等物理变化，破坏纤维素的非结晶区，从而提高纤维的相对结晶度。
　　(5)等离子体表面改性后显著提高复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量。采用处理时间3min、功率为30W的等离子体改性工艺，复合材料的综合力学性能最佳。其拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量较对照分别提高了16.51%、11.85%、19.33%。
　　(6)XPS分析表明：等离子体处理纤维后，复合材料表面的含氧官能团和含氮官能团增加。
　　(7)SEM分析表明：纤维经等离子改性后，PET/竹原纤维/UPE复合材料的界面结合得到明显改善。

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第一章 绪论

1.1 PET废纤的回收利用

1.2 树脂基复合材料中的植物纤维改性

1.3 不饱和聚酯树脂的应用

1.4 本论文研究的背景和意义

1.4 本论文研究的内容

第二章 PET废纤/竹原纤维/UPE复合材料的制备及表征

2.1 实验材料与试剂

2.2 实验仪器与设备

2.3 实验方法

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 等离子体改性PET废纤/竹原纤维/UPE复合材料的制备及表征

3.1 实验内容

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢