回收纤维增强木塑复合材料的制备和性能研究

摘要

木塑复合材料(WPC)作为一种环境友好型新材料，具有原料来源广泛、质轻、价廉、美观等优点，近年来引起人们的广泛关注，已广泛应用在建筑、汽车、家具、包装等行业。但是由于木塑材料的强度和抗冲击性能较差，极大地限制了其在结构工程材料领域的应用。因此，如何提高木塑复合材料的力学性能成为当下木塑材料研究的主要方向之一。
　　本文利用 PFI磨对废弃纺织品进行回收处理，然后用获得的回收纤维作为增强材料，制备了纤维增强型高密度聚乙烯(HDPE)基木塑复合材料，并通过力学性能测试、DSC、TGA、SEM等方法研究了回收纤维对复合材料性能的影响，旨在创新废弃织物回收利用方法的同时，研制出综合性能优良的木塑材料。全文主要研究内容和结果如下：
　　1.选用废弃聚酯(PET)纺织品和棉纺织品作为回收原料，研究了PFI磨对其打浆处理工艺。打浆过程中我们发现最主要的控制因素包括打浆间距和打浆转数等。间距过小时纤维容易缠结在一起，过大时设备对纤维的作用力变小，易出现大量未被打散的纤维束；打浆转数的增加有利于纤维的分散，但过大时影响处理效率。优化的打浆工艺参数为打浆转数30000r，打浆间距2.4mm，打浆压力3.37N，打浆浓度10％，在此工艺条件下打浆，能够获得分散性较好的回收纤维。
　　2.制备了回收纤维增强的 HDPE复合材料，研究了纤维含量和纤维长度对复合材料力学性能的影响，同时表征了复合材料的热稳定性能和结晶性能，对比研究了不同的界面改性方法。结果表明：在相容剂 MAH-g-PP的作用下，PET纤维和棉纤维都能很好地分散在 HDPE基体中。PET纤维的引入增强了复合材料的综合力学性能，而棉纤维在提高拉伸、弯曲性能的同时，使复合材料的冲击性能下降了。热性能研究发现 PET纤维的引入提高了复合材料的结晶度，对热稳定性能影响不大；而棉纤维使得复合材料的热稳定性下降明显，对材料的结晶度没有显著影响。此外 PET纤维长度在10mm左右，配合质量分数为5%的MAH-g-PP作为相容剂时，增强效果最为突出。
　　3.在前面研究的基础上，利用木粉和 HDPE为原料制备了不同纤维含量的木塑复合材料，分别研究了纤维含量和热处理工艺对WPC结构和性能的影响。结果表明：WPC中 PET纤维、棉纤维和木粉都能均匀地分散在塑料基体中，并且 PET纤维的引入进一步提高了 WPC的综合力学性能；而棉纤维的加入使得 WPC的拉伸性能先增大后减小，并且在纤维含量为10%时达到最优值，弯曲和冲击强度却有所降低，这主要是由过量纤维形成的团聚造成的。热性能研究方面发现两种回收纤维的加入对 WPC整体热稳定性能影响不大，而 PET纤维提高了 WPC的结晶度和熔点。热处理明显改善了WPC的结晶性能，其中 PET纤维增强的 WPC在热处理后弯曲强度和模量下降显著，拉伸强度变化不明显；而棉纤维增强的WPC的拉伸和弯曲性能都有所增加，其中120℃的热处理温度最佳。

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第一章绪论

1.1引言

1.2木塑复合材料的发展历程和社会前景

1.3木塑复合材料的配方设计

1.4木塑复合材料的加工工艺

1.5木塑复合材料的改性研究

1.6废弃纺织品回收利用现状

1.7本论文的研究目的及内容

第二章PFI磨对纤维的回收及其他实验

2.1纤维的回收处理探讨

2.2 PET纤维的预处理

2.3回收纤维/HDPE复合材料的制备

2.4回收纤维/木塑复合材料的制备

2.5回收纤维/木塑复合材料的热处理

2.6复合材料的结构和性能表征

第三章回收纤维/HDPE复合材料的结构和性能研究

3.1引言

3.2纤维含量对复合材料力学性能的影响

3.3纤维含量对复合材料结晶性能的影响

3.4纤维含量对复合材料界面性能的影响

3.5纤维含量对复合材料热稳定性能的影响

3.6 PET纤维长度对复合材料力学性能的影响

3.7 PET纤维/HDPE复合材料的界面改性研究探讨

3.8本章小结

第四章回收纤维/木塑复合材料的结构与性能研究

4.1引言

4.2回收纤维/木塑复合材料的原料配比

4.3回收纤维含量对木塑复合材料力学性能的影响

4.4回收纤维含量对木塑复合材料结晶性能的影响

4.5回收纤维增强木塑复合材料的微观形态分析

4.6纤维含量对木塑复合材料热稳定性能的影响

4.7热处理对回收纤维增强木塑复合材料性能的影响

4.8本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢