HDPE/木粉复合材料界面相容剂的制备与界面相容性

摘要

木塑复合材料是由废弃的木粉或木纤维和热塑性聚合物复合，通过熔融加工成型而形成的具有新的结构和优异综合性能的新型材料。这种环保的材料具有寿命长、比塑料硬度高、易着色、易成型加工、防虫蛀、耐磨、耐老化、吸水性小、有类似木质外观等优点而受到了广泛地应用，国内外学者对此研究也十分地活跃。 本文利用转矩流变仪通过马来酸酐熔融接枝高密度聚乙烯/氢化SBS(HDPE/SEBS)共混物制备出界面相容剂(HDPE/SEBS-g-MAH)，通过FTIR测定了其接枝率和对其进行了结构表征，结果表明：在1791cm<'-1>、1867cm<'-1>处分别为MAH羰基C=O的对称伸缩和不对称伸缩振动特征峰，证实了MAH确实接到HDPE/SEBS链上。从扭矩与时间曲线得出随着马来酸酐(MAH)、引发剂(DCP)添加量的增加，接枝反应峰峰强度增加，加入苯乙烯(St)后能加快接枝反应速度。 利用DSC研究HDPE、HDPE/SEBS、HDPE/SEBS-g-MAH非等温结晶动力学结果表明，HDPE中添加非结晶的热塑性弹性体SEBS后，使得HDPE的结晶焓变小，结晶速率变慢；当HDPE/SEBS聚合物链接上MAH后，结晶焓降低的幅度最大和结晶速率最小。Kissinger法分析结果得出HDPE的结晶活化能△E<,d>为446.50kJ/mol，HDPE/SEBS的△E<,d>最大为476.03kJ/mol、HDPE/SEBS-g-MAH的△E<,d>为407.85kJ/mol。 力学性能数据表明，通过比较HDPE/SEBS-g-MAH、HDPE-g-MAH和HDPE-g-MAH/SEBS三种界面相容剂对HDPE/木粉复合材料力学性能的影响，本论文所制备出的HDPE/SEBS-g-MAH提高力学性能的效果最为明显，当其添加4％时拉伸强度从不加界面相容剂的16.56MPa提高到27.35MPa，提高了165％，弯曲强度从23.83MPa提高到35.3MPa，提高了148％，冲击强度从3.5 kJ·m<'-2>提高到5.5 kJ·m<'-2>，提高了157％。 DMA分析得出界面相容剂加到复合材料后，储能模量(E')提高和主转变峰强度更加降低，这可能是由于界面相容剂把木粉和HDPE结合在一起后的确起到了增容的作用。 扫描电子显微镜对木塑复合材料的断裂面形态进行观察分析，在没有界面相容剂的HDPE/木粉复合材料中，木粉和HDPE塑料基体之间，界面很光滑并且界面空洞很明显。添加HDPE/SEBS-g-MAH后，界面的结合程度得到显著的改善。在棒状的木粉上有与塑料粘结的现象，表明即使在塑料基质己经发生断裂的情况下，HDPE/木粉界面结合仍未被破坏，说明界面相容剂起到了很好的增容作用。 通过IGC测试得出改性木粉在相同探针、相同温度情况下，测得相对保留时间延长。实验结果得出改性木粉的色散表面自由能增加，说明了HDPE/SEBS-g-MAH与木粉表面羟基作用后降低了木粉的表面极性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1木塑复合材料

1.1.1木塑复合材料的性能

1.1.2木塑复合材料的加工工艺

1.1.3木塑复合材料的添加剂

1.1.4木塑复合材料发展中的问题

1.1.5改善木塑复合材料界面相容的途径

1.2界面相容剂的发展现状

1.2.1界面相容剂种类与合成方法

1.2.2界面相容剂作用机理

1.2.3界面相容剂的应用

1.2.4界面相容剂在木塑复合材料中的表征

1.2.5界面相容剂的发展趋势

1.3本课题研究的意义及内容

2实验部分

2.1HDPE/SEBS-g-MAH界面相容剂的制备及表征

2.1.1实验药品

2.1.2实验仪器

2.1.3HDPE/SEBS-g-MAH界面相容剂的制备

2.1.4HDPE/SEBS-g-MAH界面相容剂的表征

2.2复合材料的制备及表征

2.2.1实验原料

2.2.2实验助剂

2.2.3实验仪器

2.2.4复合材料制样工艺路线

2.2.5复合材料制样工艺条件

2.2.6复合材料性能测试与表征

2.3木粉及改性后木粉的表面性能

2.3.1木粉的改性

2.3.2反相气相色谱的测试

3HDPE/SEBS-g-MAH的制备及表征

3.1MAH接枝HDPE/SEBS过程中转矩变化行为

3.2HDPE/SEBS-g-MAH的FTIR分析

3.3HDPE/SEBS-g-MAH接枝率影响因素

3.4本章小结

4 HDPE/木粉复合材料力学性能的分析

4.1不同MAH、DCP添加量、St/MAH比值对复合材料力学性能的影响

4.2HDPE/SEBS-g-MAH含量对复合材料力学性能的影响

4.3不同界面相容剂对复合材料力学性能的影响

4.4本章小结

5 HDPE/木粉复合材料动态热力学性能的分析

5.1动态热力学分析(DMTA)的原理

5.2动态热力学分析技术的特点

5.3 HDPE/木粉复合材料动态热力学分析

5.4本章小结

6HDPE/木粉复合材料形态结构的分析

6.1扫描电镜分析

6.2本章小结

7马来酸酐接枝HDPE/SEBS非等温结晶动力学的研究

7.1DSC曲线分析

7.2莫志深方法分析

7.3Kissinger法分析

7.4本章小结

8反相气相色谱测定木粉的表面性能

8.1实验原理

8.2实验数据

8.3木粉及改性木粉的色散表面自由能

8.4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