纳米SiO2增强木纤维/PVC柔性复合材料的性能与结构研究

摘要

用经偶联剂KH-550表面改性的纳米SiO2粒子增强木塑复合材料，用FTIR、SEM及激光粒度仪对改性前后SiO2粒子进行观察、表征及分析，用FTIR、SEM、XRD及同步热分析仪对纳米SiO2增强木塑复合材料进行结构表征与分析。通过添加增塑剂DOP可以制备柔性木塑复合材料。 (1)改性前的SiO2粒子粒径处于100～140nm，团聚较明显，未达到纳米级别。分散改性后，大部分粒径小于100nm，集中在60nm附近，达到了纳米级。SEM表明改性后的SiO2粒子粒径分布较均匀，界面清晰，分散情况较好，没有出现粒径较大的块状团聚体。 (2) FTIR表明:SiO2粒子改性后分别在1739cm-1、1531cm-1及3000cm-1处出现了KH-550的特征官能团-C=O的吸收峰、-NH键弯曲振动吸收峰及-CH3的伸缩振动吸收峰，且在3431cm-1处的-OH伸缩振动吸收峰的强度变小，说明纳米SiO2粒子改性后，其表面的部分活性羟基与KH-550反应而减少，表明KH-550已经成功接枝到SiO2粒子表面。 (3)木塑复合材料的拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量与木塑比成正相关，而冲击强度则刚好相反，随着木塑比的增大逐渐下降。当木塑比为7∶3时，拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量最优，分别为29.7MPa、45.6MPa与4.0GPa，分别提高了53.09％、68.27％与90.48％，而冲击性能降低了52.11％。 (4)木纤维经过KH-550处理后，拉伸强度增长了1.63％达到24.9MPa，冲击强度增长了10.64％达到5.2kJ/m2，弹性模量几乎没有变化达到3.5GPa，断裂伸长率增长了23.08％达到1.6％。而经NaOH溶液处理后，拉伸强度下降了0.82％达到24.3MPa，冲击强度增长了14.89％达到5.4kJ/m2，弹性模量增长了20.00％达到4.2GPa，断裂伸长率降低了15.38％。 (5)纳米SiO2含量为8％，拉伸强度达到最大值31.12MPa，比未添加纳米SiO2粒子提高了28.91％;纳米SiO2粒子含量为10％时，弹性模量达到最大值4.64GPa提高了49.68％;纳米SiO2粒子含量为8％时，复合材料的弯曲强度达到最大值44.06MPa提高了37.17％;纳米SiO2含量为10％，复合材料具有最大的冲击强度4.11 kJ/m2，提高了16.76％。 (6) SEM表明:当纳米SiO2粒子含量较少时，材料结构具有较多孔洞和间隙。随着纳米SiO2含量增大，孔洞和间隙减少，复合材料的界面相容性得到了优化。纳米SiO2含量超过10％则开始发生团聚，粒径变大，粒子开始团聚后不利于其纳米特性的发挥。 (7) XRD表明:当纳米SiO2粒子在8wt％以下时，对纤维素结晶过程起成核作用，促进了纤维素结晶。纳米SiO2过量时，则阻碍了纤维素结晶过程的进行。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．1．1 木塑复合材料概述

1．1．2 木塑复合材料的原料

1．1．3 木塑复合材料的制备

1．2 增强木塑复合材料的方法

1．2．1 木纤维改性

1．2．2 化学改性

1．2．3 纤维增强

1．2．4 其它增强方法

1．3 纳米粒子增强木塑复合材料研究进展

1．3．1 纳米材料的特性

1．3．2 纳米粒子的分散改性

1．3．3 纳米粒子增强木塑复合材料

1．4 研究目的和内容

2 纳米SiO2粒子分散与表面改性

2．3 纳米SiO2分散改性方法

2．4 纳米SiO2粒径分析

2．5 纳米SiO2扫描电镜分析

2．6 纳米SiO2红外光谱分析

2．7 本章小结

3 木纤维／PVC柔性复合材料制备与测试

3．1 引言

3．2 材料与仪器

3．3 木纤维／PVC柔性复合材料的制备方法

3．4 力学性能测试

3．5 结果与分析

3．5．1 木塑比对复合材料性能的影响

3．5．2 木纤维预处理对复合材料性能的影响

3．6 本章小结

4 纳米SiO2增强型木纤维／PVC柔性复合材料测试与表征

4．1 引言

4．2 增强型柔性木纤维／PVC柔性复合材料的制备

4．3 力学性能分析

4．3．1 拉伸性能

4．3．2 弯曲性能

4．3．3 冲击强度

4．3．4 耐磨性能

4．4 结构表征与分析

4．4．1 红外光谱分析

4．4．2 扫描电镜分析

4．4．3 热重分析

4．4．4 X射线衍射分析

4．5 纳米SiO2增强复合材料机理分析

4．6 本章小结

5 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

图表索引

参考文献

攻读硕士学位期间主要学术成果

致谢