HDPE/稻壳发泡木塑复合材料的制备及性能研究

摘要

发泡木塑复合材料(Foam Wood Plastics Composites，简称FWPC)以木基部分（如木粉，秸秆粉，棉秆粉，竹粉，果粉等）等为主要成分，经过一定的处理与塑料制品（如PE，PP,PVC，PS等），并加入发泡剂（AC/ZnO，小苏打）等，进行发泡结合而成的一种新型环保复合材料。本论文通过添加不同的阻燃剂和不同的发泡剂制得阻燃型发泡木塑复合材料，利用现代分析测试技术与传统试验方法，研究不同阻燃剂和无卤阻燃剂及发泡剂对发泡复合材料的阻燃性能与力学性能的影响。
　　本文以高密度聚乙烯(HDPE)及稻壳为主要原料，添加各种发泡剂（偶氮二甲酰胺，小苏打，偶氮二异丁晴）及其助剂。部分复合材料还添加了阻燃剂（聚磷酸铵，氢氧化镁及蒙脱土）以研究其阻燃性能。采用热压成型的工艺制备了HDPE/稻壳发泡木塑复合材料，并通过实验测定其力学性能，吸水性能，导热系数及微观图分析和热重分析。通过对各复合材料的实验得出以下结论:
　　(1)用AC(偶氮二甲酰胺)对HDPE/稻壳发泡复合材料发泡的实验结果表明:当AC含量为1wt％时，复合材料的力学性能和防水性能较好，但保温性能不佳。而当AC含量为1.5wt％时，复合材料的保温性能最好，但是力学性能和防水性能均有所下降。考虑到经济性，AC含量为1wt％-1.5wt％时其热失重残碳率高，各项力学性能及物理性能优。
　　(2)使用小苏打对HDPE/稻壳发泡复合材料发泡，通过添加不同含量的小苏打制备一系列复合材料，对含不同量小苏打的复合材料进行实验，分别测试了其力学性能，吸水性和物理特征等材料性能。结果发现当小苏打含量为1.5wt％时，复合材料的热失重残炭率较高，且此时的力学性能，保温能力及防水性能均较佳。综合性能较好。
　　(3)使用偶氮二异丁腈(AIBN)对HDPE/稻壳发泡复合材料发泡，通过添加不同量的偶氮二异丁腈制备了一系列的复合材料，对含不同量偶氮二异丁腈的复合材料进行实验，分别测试了其力学性能，吸水性能和物理特征。结果显示:对比以上两种复合材料的发泡情况和各项性能来说，用丁腈发泡HDPE/稻壳复合材料效果都差了不少，且丁腈本身在分解时会产生有害气体，对人体和环境有伤害。所以在不考虑成本的情况下不建议使用丁腈作为发泡剂对HDPE/稻壳复合材料进行发泡。
　　(4)使用含量为1.5wt％的小苏打作为发泡剂制备HDPE/稻壳发泡复合材料，添加不同含量的聚磷酸铵(APP)作为阻燃剂，考查了不同APP含量复合材料的力学性能，吸水性能和物理性能。结果表明:在APP含量不超过10wt％时，少量添加APP对复合材料的力学性能时有所改善的，但是超过了10wt％以后，APP的添加就会对复合材料的力学性能有不良影响。同时APP的添加对复合材料的防水性能也有一定的影响，随着APP的添加，复合材料的吸水性呈上升趋势，而接触角下降。导热系数也在APP含量为10wt％时最低。所以综合以上实验结果APP含量为10wt％时，复合材料的性能最好。
　　(5)使用含量为1.5wt％的小苏打作为发泡剂制备HDPE/稻壳发泡复合材料，添加不同含量的氢氧化镁(MH)作为阻燃剂，考查了不同MH含量复合材料的各项性能如力学性能，吸水性，物理性能。结果表明:当MH含量为10wt％左右时，复合材料的热失重残炭率高，各项力学性能及物理性能和防水性综合较优。
　　(6)使用含量为1.5wt％的小苏打作为发泡剂制备HDPE/稻壳发泡复合材料，添加不同含量的蒙脱土(OMMT)作为阻燃剂，考查了不同OMMT含量复合材料的各项性能如力学性能，吸水性，物理性能。结果表明:OMMT阻燃发泡复合材料的拉伸强度和弯曲强度在OMMT含量为1wt％最好，硬度和防水性能在OMMT含量3wt％时最好。冲击强度在OMMT含量为5wt％时最高但是蒙脱土的含量增加对材料的保温性能有不利的影响，综合各项指标和考虑到经济性，OMMT含量不宜超过3wt％。
　　(7)使用含量为1.5wt％的小苏打作为发泡剂制备HDPE/稻壳发泡复合材料，添加不同比例的HDPE和稻壳制备一系列的复合材料，对这些复合材料进行实验，考查了不同配比下复合材料的各项性能如力学性能，吸水性，物理性能。结果表明:当HDPE和稻壳的比例为60wt％对40wt％时材料的热失重残炭率较高，且此时的力学性能，保温能力及防水性能均较佳。综合性能较好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 木塑复合材料的发泡

1．3 阻燃剂的基本阻燃方式

1．4 发泡木塑复合材料的保温

1．5 发泡木塑复合材料阻燃的国内外研究进展

1．6 本文主要的研究内容

1．7 本课题的创新之处

第二章 阻燃HDPE／稻壳发泡木塑复合材料的制备方法及测试

2．1 试验材料及设备

2．2 稻壳／HPDE发泡复合材料的制备

2．2．1 实验原料的预处理

2．2．2 稻壳／HDPE发泡复合材料的制备

2．3 阻燃型HDPE／稻壳发泡复合材料性雒测试

2．3．1 导热系数

2．3．2 表观密度

2．3．3 力学性能

2．3．4 吸水性测试

2．3．5 接触角测试

2．3．6 极限氧指数测试

2．3．7 热重分析

2．3．8 红外光谱分析

2．4 关于误差

2．5 本章小结

第三章 HDPE／稻壳比例对复合材料性能的影响

3．1．1 HDPE／稻壳比例变化对复合材料力学性能的影响

3．1．2 HDPE／稻壳比例变化引起复合材料的表观密度变化

3．1．3 HDPE／稻壳比例变化引起材料吸水性的变化

3．1．4 HDPE／稻壳比例变化引起材料接触角的变化

3．1．5 HDPE／稻I壳比例变化引起材料的导热系数的变化

3．1．6 HDPE／稻壳比例变化的微观图分析

3．1．7 HDPE／稻壳比例变化的TG图

3．2 本章小结

3．2．1 HDPE／稻壳不同配比对复合材料性能影响

第四章 不同发泡剂发泡HDPE／稻壳复合材料的性能研究

4．1 偶氦二甲酰胺发泡HDPE／稻壳复合材料的研究

4．1．1 AC发泡HDPE／稻壳复合材料的力学性能

4．1．2 AC发泡HDPE／稻壳复合材料的表观密度

4．1．3 AC发泡HDPE／稻壳复合材料的吸水性能

4．1．4 AC发泡HDPE／稻壳复合材料的接触角

4．1．5 AC发泡HDPE／稻壳复合材料的导热系数

4．1．6 AC发泡HDPE／稻壳复合材料的微观图分析

4．1．7 AC发泡HDPE／稻壳复合材料的TG图

4．2 碳酸氢钠发泡HDPE／稻壳复合材料的研究

4．2．1 碳酸氢钠发泡HDPE／稻壳复合材料的力学性能

4．2．2 碳酸氢钠发泡HDPE／稻壳复合材料的表观密度

4．2．3 碳酸氢钠发泡HDPE／稻壳复合材料的吸水性能

4．2．4 碳酸氢钠发泡HDPE／稻壳复合材料的接触角

4．2．5 碳酸氢钠发泡HDPE／稻壳复合材料的导热系数

4．2．6 碳酸氢钠发泡HDPE／稻壳复合材料的微观图分析

4．2．7 碳酸氢钠发泡HDPE／稻壳复合材料的TG图

4．3 丁腈发泡HDPE／稻壳复合材料的研究

4．3．1 丁腈发泡HDPE／稻壳复合材料的力学性能

4．3．2 丁腈发泡HDPE／稻壳复合材料的表观密度

4．3．3 丁腈发泡HDPE／稻壳复合材料的吸水性能

4．3．4 丁腈发泡HDPE／稻壳复合材料的接触角

4．3．5 丁腈发泡HDPE／稻壳复合材料的导热系数

4．3．6 丁腈发泡HDPE／稻壳复合材料的微观图分析

4．3．7 丁腈发泡HDPE／稻壳复合材料的TG图

4．4 本章小结

4．4．1 AC发泡结论

4．4．2 小苏打发泡结论

4．4．3 丁腈发泡结论

第五章 阻燃剂阻燃HDPE／稻壳发泡复合材料性能的研究

5．1 聚磷酸铵阻燃HDPE／稻壳复合材料的研究

5．1．1 聚磷酸铵阻燃HDPE／稻壳复合材料的力学性能

5．1．2 APP阻燃HDPE／稻壳复合材料的吸水性能

5．1．3 APP阻燃HDPE／稻壳复合材料的接触角

5．1．4 APP阻燃HDPE／稻壳复合材料的导热系数

5．1．5 APP阻燃HDPE／稻壳复合材料的氧指数

5．1．6 APP阻燃HDPE／稻壳复合材料的微观图分析

5．1．7 APP阻燃HDPE／稻壳复合材料的红外光谱分析

5．1．8 APP阻燃HDPE／稻壳复合材料的TG图

5．2 氢氧化镁阻燃HDPE／稻壳复合材料的研究

5．2．1 氢氯化镁阻燃HDPE／稻壳复合材料的力学性能

5．2．2 氢氧化镁阻燃HDPE／稻壳复合材料的吸水性

5．2．3 氢氧化镁阻燃HDPE／稻壳复合材料的接触角

5．2．5 氢氧化镁阻燃HDPE／稻壳复合材料的氧指数

5．2．6 氢氧化镁阻燃HDPE／稻壳复合材料的微观图

5．2．7 MH阻燃HDPE／稻壳复合材料的红外光谱

5．2．8 MH阻燃HDPE／稻壳复合材料的TG图

5．3 纳米蒙脱土阻燃HDPE／稻壳复合材料的研究

5．3．1 OMMT阻燃HDPE／稻壳复合材料的力学性能

5．3．2 OMMT阻燃HDPE／稻壳复合材料的吸水性

5．3．3 OMMT阻燃HDPE／稻壳复合材料的接触角

5．3．4 OMMT阻燃HDPE／稻壳复合材料的导热系数

5．3．5 OMMT阻燃HDPE／稻壳复合材料的氧指数

5．3．6 OMMT阻燃HDPE／稻壳复合材料的微观分析

5．3．8 OMMT阻燃HDPE／稻壳复合材料的TG图

5．4 本章小结

5．4．1 APP阻燃结论

5．4．2 MH阻燃结论

5．4．3 OMMT阻燃结论

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢