聚丙烯基木塑复合材料流变及力学性能的研究

摘要

木塑复合材料(WPC)是利用热塑性塑料与木质纤维复合而成的一类环保型复合材料，其产品在建筑、园林景观、家具、装饰、汽车等领域备受青睐。近年来，尽可能提高木塑复合材料中木质纤维的用量以降低成本并提高产品的木质感是产业界追求的目标。然而，高填充量的木质纤维加剧了聚合物熔体在挤出过程中的不稳定性，甚至出现熔体破裂，造成挤出加工困难，这不仅限制了型材的挤出速度，降低了生产效率，而且对最终制品的力学性能也有不利影响。为此，本文主要探讨了木粉的填充量、聚合物基体的分子量和界面相容剂（及硅烷偶联剂）对木粉-聚丙烯(WF-PP)复合材料流变和力学性能的影响，结果表明:
　　(1)随木粉含量增加，WF-PP复合材料熔体的储能模量、复数黏度增加，表现为“类固体”流变行为，加工流变性能表现为平衡扭矩升高，WF-PP复合材料的力学性能下降显著;
　　(2)在木粉含量相同的条件下，聚丙烯分子量越高，WF-PP复合材料的储能模量、复数黏度、平衡扭矩值越大，冲击强度、弯曲强度及弯曲模量也越高，但随木粉含量增加，相对于高分子量聚丙烯基木塑复合材料，低分子量聚丙烯基木塑复合材料的储能模量、复数黏度和平衡扭矩、弯曲强度及弯曲模量表现出较大的增幅，并且冲击强度降低的幅度较小;
　　(3)高熔融指数的马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)不仅降低了WF-PP复合材料熔体的储能模量、复数黏度和平衡扭矩，提高了复合体系的流动性，而且更有利于提高复合体系的抗蠕变性能和力学性能;MAPP中马来酸酐的接枝率对WF-PP复合材料的力学性能影响较为显著，接枝率分别为0.55％、0.8-1.0％、1.4％的MAPP的适宜添加量为10％、8％、2％，此时WF-PP复合材料的蠕变应变也最小;
　　(4)硅烷偶联剂对WF-PP复合材料的影响表现为不仅降低了熔体的储能模量、复数黏度和平衡扭矩，从而有利于复合材料的加工，同时提高了复合材料的拉伸强度和弯曲强度，但降低了复合材料的断裂伸长率，对冲击强度的影响不显著。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 木塑复合材料的流变性能

1．2．1 聚合物的流变特性

1．2．2 流变学研究的常用仪器及测试方法

1．2．3 木塑复合材料流变性能的影响因素

1．3 木塑复合材料界面相容性的研究现状

1．3．1 木塑复合材料界面相容性的重要性

1．3．2 木塑复合材料界面相容性的影响因素

1．3．3 改善木塑复合材料界面相容性的方法

1．4 本文的研究目的及意义

1．5 本文的主要研究内容

1．6 本文的研究方法及技术路线

1．6．1 研究方法

1．6．2 技术路线

1．7 本文的创新点

2 聚丙烯的流变及力学性能

2．1 试验材料

2．2 主要仪器与设备

2．3 制备方法

2．4 测试方法

2．4．1 熔融指数测试

2．4．2 动态流变性能测试

2．4．3 加工流变性能测试

2．4．4 XRD测试

2．4．5 密度测试

2．4．6 力学性能测试

2．5 结果与讨论

2．5．1 聚丙烯的熔融指数

2．5．2 聚丙烯的重均分子量

2．5．3 聚丙烯的动态流变性能

2．5．4 聚丙烯的加工流变性能

2．5．5 聚丙烯的结晶度

2．5．6 聚丙烯的力学性能

2．6 本章小结

3 木粉含量对WF-PP复合材料流变及力学性能的影响

3．1 实验部分

3．1．1 主要原料

3．1．2 主要仪器与设备

3．1．3 木塑复合材料的制备

3．1．4 动态流变性能测试

3．1．5 加工流变性能测试

3．1．6 力学性能测试

3．1．7 扫描电子显微镜(SEM)表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 木粉含量对WF-PP复合材料动态流变性能的影响

3．2．2 木粉含量对WF-PP复合材料加工流变性能的影响

3．2．3 木粉含量对WF-PP复合材料力学性能的影响

3．2．4 微观形态分析

3．3 本章小结

4 聚丙烯的分子量对WF-PP复合材料流变及力学性能的影响

4．1 实验部分

4．1．1 主要原料

4．1．2 实验配方

4．2 结果与讨论

4．2．1 聚丙烯的分子量对WF-PP复合材料动态流变性能的影响

4．2．2 聚丙烯的分子量对WF-PP复合材料加工流变性能的影响

4．2．3 聚丙烯的分子量对WF-PP复合材料力学性能的影响

4．2．4 微观形态分析

4．3 本章小结

5 MAPP对WF-PP复合材料流变及力学性能的影响

5．1 实验部分

5．1．1 主要原料

5．1．2 主要仪器与设备

5．1．3 木塑复合材料的制备

5．1．4 熔融指数测试

5．1．5 动态流变性能测试

5．1．6 加工流变性能测试

5．1．7 蠕变性能测试

5．1．8 密度测试

5．1．9 力学性能测试

5．1．10 扫描电子显微镜(SEM)表征

5．2 结果与讨论

5．2．1 MAPP对WF-PP复合材料动态流变性能的影响

5．2．2 MAPP对WF-PP复合材料加工流变性能的影响

5．2．3 MAPP对WF-PP复合材料蠕变性能的影响

5．2．4 MAPP对WF-PP复合材料力学性能的影响

5．2．5 微观形态分析

5．3 本章小结

6 硅烷偶联剂对WF-PP复合材料流变及力学性能的影响

6．1 实验部分

6．1．1 主要原料

6．1．2 主要仪器与设备

6．1．3 木塑复合材料的制备

6．1．4 动态流变性能测试

6．1．5 加工流变性能测试

6．1．6 蠕变性能测试

6．1．7 密度测试

6．1．8 力学性能测试

6．1．9 扫描电子显微镜(SEM)表征

6．2 结果与讨论

6．2．1 硅烷偶联剂对WF-PP复合材料动态流变性能的影响

6．2．2 硅烷偶联剂对WF-PP复合材料加工流变性能的影响

6．2．3 硅烷偶联剂对WF-PP复合材料蠕变性能的影响

6．2．4 硅烷偶联剂对WF-PP复合材料力学性能的影响

6．2．5 微观形态分析

6．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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