生物环保型添加剂对PVC木塑复合材料的性能影响研究

摘要

为提高木塑复合材料的使用性能，传统木塑复合材料在制备过程中常添加化学助剂如相容剂、发泡剂和阻燃剂等，而化学助剂对生态环境会有一定的危害，因此研究生物环保型添加剂对PVC木塑复合材料性能的影响对提高木塑复合材料在制备和使用过程中的环保性具有重要意义。本论文探讨了竹炭和壳聚糖对木粉(WF)和PVC的界面相容性、力学、热、吸水性能及官能团的影响，对不同添加量和粒径的竹炭改性WF/PVC木塑复合材料的性能进行了研究，探讨了无机发泡剂BF210的添加量和挤出温度对PVC微孔发泡木塑复合材料发泡质量和性能的作用规律，分析了贝壳粉的阻燃作用，讨论了其添加量和粒径对复合材料阻燃、力学、热及吸水等性能的影响。主要结论如下:
　　(1)对比分析竹炭和壳聚糖对WF/PVC木塑复合材料性能的影响可知:竹炭和壳聚糖可以提高WF和PVC的相容性和复合材料的力学性能，其中复合添加竹炭和壳聚糖可以使WF和PVC的界面相容性较好，使复合材料的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弯曲模量最大，分别为19.74MPa、6.11KJ/m2、39.27MPa和4.53GPa，较未添加竹炭和壳聚糖的WF/PVC分别增加了14.63％、28.76％、10.98％和9.70％。竹炭可以有效改善复合材料的热性能，其中复合添加竹炭和壳聚糖的复合材料BC&CS-WF/PVC的热稳定性较好，热分解剩余质量较多，含有的—OH数量较少，24h吸水率最小。
　　(2)对比分析竹炭和壳聚糖在不同复配比例（1∶2、1∶1和2∶1）下对WF/PVC木塑复合材料性能的影响可知:当竹炭和壳聚糖的质量比为1∶1时，制备的复合材料BC1.5-WF/PVC的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弯曲模量最大，较WF/PVC分别增加了14.63％、28.76％、10.98％和9.70％。BC1.5-WF/PVC的热稳定性和界面结合情况最好，24h吸水率最小。
　　(3)对比分析不同竹炭添加量(1、3、5、7phr)对WF/PVC木塑复合材料性能的影响可知:当竹炭添加量为5phr时，制备的复合材料BC-5的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弯曲模量最大，分别为19.61MPa、5.84KJ/m2、40.09MPa和4.45GPa，较BC-1分别增加了12.32％、22.40％、10.55％和11.39％。BC-5的热稳定性较好，界面结合情况最好，含有的—OH数量最少，吸水性能最好。
　　(4)对比分析不同粒径（100、300、800和1500目）竹炭对WF/PVC木塑复合材料性能的影响可知:当竹炭粒径为100目时，制备的复合材料BC-100的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弯曲模量最大，分别为19.75MPa、5.87KJ/m2、39.14MPa和4.55GPa，较力学性能最差的BC-1500分别增加了4.77％、12.32％、6.01％和15.96％。BC-100的起始分解温度较高，燃烧剩余质量较多，热稳定性较好，且其界面结合情况较好，WF和PVC结合紧密，吸水性能较好。
　　(5)对比分析无机发泡剂BF-210在不同添加量(0、1、2、3和4phr)下对PVC木塑复合材料性能的影响可知:在复合材料中加入发泡剂后形成的泡孔结构会增加复合材料的吸水率，并使复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量减小，冲击强度增大。当BF210的添加量为2phr时，制备的发泡复合材料BF-2的冲击强度最大，为6.28KJ/m2，且BF-2的热稳定性和发泡质量较好，表观密度最小。
　　(6)对比分析不同模具区设置温度（160、165、170和175℃）对PVC木塑复合材料性能的影响可知:挤出温度升高会影响泡孔的形成及结构从而增加复合材料的吸水率，还会使复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量减小，冲击强度增大。当模具区设置温度为170℃时，制备的发泡复合材料BF-170的冲击强度最大，为6.52KJ/m2，且BF-170的发泡质量最好，表观密度较小，界面结合情况最好;发泡复合材料的热稳定性受挤出温度的影响较小。
　　(7)对比分析不同添加量(0、2、4、6和8phr)贝壳粉对PVC木塑复合材料性能的影响可知:当贝壳粉添加量为6phr时，制备的SP-6的极限氧指数值最高，为30.7％。SP-6的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弯曲模量最大，分别为22.02MPa、5.99KJ/m2、42.58MPa和4.69GPa，较力学性能最差的SP-0分别增加了11.52％、1.97％、8.80％和3.20％。SP-6的热稳定性最好，燃烧剩余质量最多，为34.62％，且其含有的—OH数量较少，24h吸水率最小。
　　(8)对比分析不同粒径(200、400和600目)贝壳粉对PVC木塑复合材料性能的影响可知:当贝壳粉粒径为600目时，制备的SP-600的极限氧指数值最高，为32％。SP-600的拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和弯曲模量最大，分别为28.67MPa、6.21KJ/m2、46.0MPa和4.91GPa，较力学性能最差的SP-200分别增加了30.20％、3.74％、8.02％和4.57％。SP-600的热稳定性较好，其官能团会受到贝壳粉粒径大小的影响，界面结合最好，24h吸水率最小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 生物型界面改性方法及研究现状

1．2．1 生物型界面改性方法国内外研究现状

1．3 无机发泡木塑复合材料及研究现状

1．3．1 无机发泡木塑复合材料国内外研究现状

1．4 生物环保阻燃木塑复合材料及研究现状

1．4．1 生物环保阻燃木塑复合材料国内外研究现状

1．5 本文研究内容

1．6 本课题的创新之处

第二章 添加生物环保型添加剂的PVC木塑复合材料的制备及测试方法

2．1 试验材料及设备

2．1．1 试验材料

2．1．2 实验设备

2．2 添加生物环保型添加剂的PVC木塑复合材料的制备

2．3 添加生物环保型添加剂的PVC木塑复合材料性能测试

2．3．1 力学性能测试

2．3．2 吸水性能测试

2．3．3 表观密度测试

2．3．4 TG热分析测试

2．3．5 傅里叶变换红外光谱分析

2．3．6 极限氧指数测定

2．3．7 微观结构

第三章 添加生物相容剂的PVC木塑复合材料性能研究

3．1 竹炭和壳聚糖改性木粉／PVC木塑复合材料的性能研究

3．1．1 竹炭和壳聚糖改性木粉／PVC木塑复合材料力学性能

3．1．2 竹炭和壳聚糖改性木粉／PVC木塑复合材料热性能分析

3．1．3 竹炭和壳聚糖改性木粉／PVC木塑复合材料的红外光谱

3．1．4 竹炭和壳聚糖改性木粉／PVC木塑复合材料微观形貌

3．1．5 竹炭和壳聚糖改性木粉／PVC木塑复合材料吸水性能

3．2 竹炭和壳聚糖复配比例对木粉／PVC木塑复合材料性能影响

3．2．1 竹炭和壳聚糖复配比例对木粉／PVC木塑复合材料力学性能影响

3．2．2 竹炭和壳聚糖复配比例对木粉／PVC木塑复合材料热性能影响

3．2．3 不同复配比例竹炭和壳聚糖改性木粉／PVC木塑复合材料的红外光谱

3．2．4 竹炭和壳聚糖复配比例对木粉／PVC木塑复合材料微观形貌影响

3．2．5 竹炭和壳聚糖复配比例对木粉／PVC木塑复合材料吸水性能影响

3．3 本章小结

第四章 竹炭的添加量和粒径对PVC木塑复合材料性能的影响

4．1 竹炭添加量对PVC木塑复合材料性能影响

4．1．1 竹炭添加量对PVC木塑复合材料力学性能影响

4．1．2 竹炭添加量对PVC木塑复合材料热性能影响

4．1．3 不同竹炭添加量PVC木塑复合材料的红外光谱

4．1．4 竹炭添加量对PVC木塑复合材料微观形貌影响

4．1．5 竹炭添加量对PVC木塑复合材料吸水性能影响

4．2 竹炭粒径对PVC木塑复合材料性能影响

4．2．1 竹炭粒径对PVC木塑复合材料力学性能影响

4．2．2 竹炭粒径对PVC木塑复合材料热性能影响

4．2．3 不同竹炭粒径PVC木塑复合材料的红外光谱

4．2．4 竹炭粒径对PVC木塑复合材料微观形貌影响

4．2．5 竹炭粒径对PVC木塑复合材料吸水性能影响

4．3 本章小结

第五章 环保PVC微孔发泡木塑复合材料性能研究

5．1．1 无机发泡剂添加量对PVC微孔发泡木塑复合材料微观形貌影响

5．1．2 无机发泡剂添加量对PVC微孔发泡木塑复合材料表观密度影响

5．1．3 无机发泡剂添加量对PVC微孔发泡木塑复合材料力学性能影响

5．1．4 无机发泡剂添加量对PVC微孔发泡木塑复合材料热性能影响

5．1．5 不同无机发泡剂添加量PVC微孔发泡木塑复合材料红外光谱

5．1．5 无机发泡剂添加量对PVC微孔发泡木塑复合材料吸水性能影响

5．2．1 挤出温度对PVC微孔发泡木塑复合材料微观形貌影响

5．2．2 挤出温度对PVC微孔发泡木塑复合材料表观密度影响

5．2．3 挤出温度对PVC微孔发泡木塑复合材料力学性能影响

5．2．4 挤出温度对PVC微孔发泡木塑复合材料热性能影响

5．2．5 不同挤出温度的PVC微孔发泡木塑复合材料红外光谱

5．2．6 挤出温度对PVC微孔发泡木塑复合材料吸水性能影响

5．3 本章小结

第六章 生物环保PVC阻燃木塑复合材料性能研究

6．1 贝壳粉添加量对PVC阻燃木塑复合材料性能影响

6．1．1 贝壳粉添加量对PVC阻燃木塑复合材料阻燃性能影响

6．1．2 贝壳粉添加量对PVC阻燃木塑复合材料力学性能影响

6．1．3 贝壳粉添加量对PVC阻燃木塑复合材料热性能影响

6．1．4 不同贝壳粉添加量PVC阻燃木塑复合材料红外光谱

6．1．5 贝壳粉添加量对PVC阻燃木塑复合材料微观形貌影响

6．1．6 贝壳粉添加量对PVC阻燃木塑复合材料吸水性能影响

6．2 贝壳粉粒径对PVC阻燃木塑复合材料性能影响

6．2．1 贝壳粉粒径对PVC阻燃木塑复合材料阻燃性能影响

6．2．2 贝壳粉粒径对PVC阻燃木塑复合材料力学性能影响

6．2．3 贝壳粉粒径对PVC阻燃木塑复合材料热性能影响

6．2．4 不同贝壳粉粒径PVC阻燃木塑复合材料红外光谱

6．2．5 贝壳粉粒径对PVC阻燃木塑复合材料微观形貌影响

6．2．6 贝壳粉粒径对PVC阻燃木塑复合材料吸水性能影响

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文